Элек­три­че­ская дуга  — это один из видов га­зо­во­го раз­ря­да. По­лу­чить ее можно сле­ду­ю­щим об­ра­зом. В шта­ти­ве за­креп­ля­ют два уголь­ных стерж­ня за­ост­рен­ны­ми кон­ца­ми друг к другу и при­со­еди­ня­ют к ис­точ­ни­ку тока. Когда угли при­во­дят в со­при­кос­но­ве­ние, а затем слег­ка раз­дви­га­ют, между кон­ца­ми углей об­ра­зу­ет­ся яркое пламя, а сами угли рас­ка­ля­ют­ся до­бе­ла. Дуга горит устой­чи­во, если через нее про­хо­дит по­сто­ян­ный элек­три­че­ский ток. В этом слу­чае один элек­трод яв­ля­ет­ся все время по­ло­жи­тель­ным (анод), а дру­гой  — от­ри­ца­тель­ным (катод). Между элек­тро­да­ми на­хо­дит­ся столб рас­ка­лен­но­го газа, хо­ро­шо про­во­дя­ще­го элек­три­че­ство. По­ло­жи­тель­ный уголь, имея более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, сго­ра­ет быст­рее, и в нем об­ра­зу­ет­ся углуб­ле­ние  — по­ло­жи­тель­ный кра­тер. Тем­пе­ра­ту­ра кра­те­ра в воз­ду­хе при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии до­хо­дит до 4000 °C.

Дуга может го­реть и между ме­тал­ли­че­ски­ми элек­тро­да­ми. При этом элек­тро­ды пла­вят­ся и быст­ро ис­па­ря­ют­ся, на что рас­хо­ду­ет­ся боль­шая энер­гия. По­это­му тем­пе­ра­ту­ра кра­те­ра ме­тал­ли­че­ско­го элек­тро­да обыч­но ниже, чем уголь­но­го (2000−2500 °C). При го­ре­нии дуги в газе при вы­со­ком дав­ле­нии (около 2·10⁶ Па) тем­пе­ра­ту­ру кра­те­ра уда­лось до­ве­сти до 5900 °C, т. е. до тем­пе­ра­ту­ры по­верх­но­сти Солн­ца. Столб газов или паров, через ко­то­рые идет раз­ряд, имеет еще более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру  — до 6000−7000 °C. По­это­му в стол­бе дуги пла­вят­ся и об­ра­ща­ют­ся в пар почти все из­вест­ные ве­ще­ства.

Для под­дер­жа­ния ду­го­во­го раз­ря­да нужно не­боль­шое на­пря­же­ние, дуга горит при на­пря­же­нии на ее элек­тро­дах 40 В. Сила тока в дуге до­воль­но зна­чи­тель­на, а со­про­тив­ле­ние не­ве­ли­ко; сле­до­ва­тель­но, све­тя­щий­ся га­зо­вый столб хо­ро­шо про­во­дит элек­три­че­ский ток. Иони­за­цию мо­ле­кул газа в про­стран­стве между элек­тро­да­ми вы­зы­ва­ют сво­и­ми уда­ра­ми элек­тро­ны, ис­пус­ка­е­мые ка­то­дом дуги. Боль­шое ко­ли­че­ство ис­пус­ка­е­мых элек­тро­нов обес­пе­чи­ва­ет­ся тем, что катод на­грет до очень вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры. Когда для за­жи­га­ния дуги вна­ча­ле угли при­во­дят в со­при­кос­но­ве­ние, то в месте кон­так­та, об­ла­да­ю­щем очень боль­шим со­про­тив­ле­ни­ем, вы­де­ля­ет­ся огром­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты. По­это­му концы углей силь­но разо­гре­ва­ют­ся, и этого до­ста­точ­но для того, чтобы при их раз­дви­же­нии между ними вспых­ну­ла дуга. В даль­ней­шем катод дуги под­дер­жи­ва­ет­ся в на­ка­лен­ном со­сто­я­нии самим током, про­хо­дя­щим через дугу.

Возь­мем в руки кусок са­ха­ра и кос­нем­ся им по­верх­но­сти ки­пят­ка. Ки­пя­ток втя­нет­ся в сахар и дой­дет до наших паль­цев. Од­на­ко мы не по­чув­ству­ем ожога, как по­чув­ство­ва­ли бы, если бы вме­сто са­ха­ра был кусок ваты. Это на­блю­де­ние по­ка­зы­ва­ет, что рас­тво­ре­ние са­ха­ра со­про­вож­да­ет­ся охла­жде­ни­ем рас­тво­ра. Если бы мы хо­те­ли со­хра­нить тем­пе­ра­ту­ру рас­тво­ра не­из­мен­ной, то долж­ны были бы под­во­дить к рас­тво­ру энер­гию. От­сю­да сле­ду­ет, что при рас­тво­ре­нии са­ха­ра внут­рен­няя энер­гия си­сте­мы сахар-вода уве­ли­чи­ва­ет­ся.

То же самое про­ис­хо­дит при рас­тво­ре­нии боль­шин­ства дру­гих кри­стал­ли­че­ских ве­ществ. Во всех по­доб­ных слу­ча­ях внут­рен­няя энер­гия рас­тво­ра боль­ше, чем внут­рен­няя энер­гия взя­тых в от­дель­но­сти кри­стал­ла и рас­тво­ри­те­ля при той же тем­пе­ра­ту­ре.

В при­ме­ре с са­ха­ром не­об­хо­ди­мое для его рас­тво­ре­ния ко­ли­че­ство теп­ло­ты от­да­ет ки­пя­ток, охла­жде­ние ко­то­ро­го за­мет­но даже по не­по­сред­ствен­но­му ощу­ще­нию.

Если рас­тво­ре­ние про­ис­хо­дит в воде при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре, то тем­пе­ра­ту­ра по­лу­чив­шей­ся смеси в не­ко­то­рых слу­ча­ях может ока­зать­ся даже ниже 0 °C, хотя смесь и оста­ет­ся жид­кой, по­сколь­ку тем­пе­ра­ту­ра за­сты­ва­ния рас­тво­ра может быть зна­чи­тель­но ниже нуля. Этот эф­фект ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния силь­но охла­жден­ных сме­сей из снега и раз­лич­ных солей.

Снег, на­чи­ная таять при 0 °C, пре­вра­ща­ет­ся в воду, в ко­то­рой рас­тво­ря­ет­ся соль; не­смот­ря на по­ни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры, со­про­вож­да­ю­щее рас­тво­ре­ние, по­лу­чив­ша­я­ся смесь не за­твер­де­ва­ет. Снег, сме­шан­ный с этим рас­тво­ром, про­дол­жа­ет таять, за­би­рая энер­гию от рас­тво­ра и, со­от­вет­ствен­но, охла­ждая его. Про­цесс может про­дол­жать­ся до тех пор, пока не будет до­стиг­ну­та тем­пе­ра­ту­ра за­мер­за­ния по­лу­чен­но­го рас­тво­ра. Смесь снега и по­ва­рен­ной соли в от­но­ше­нии 2 : 1 поз­во­ля­ет, таким об­ра­зом, по­лу­чить охла­жде­ние до −21 °C; смесь снега с хло­ри­стым каль­ци­ем (СаСl₂) в от­но­ше­нии 7 : 10 — до −50 °C.

Гей­зе­ры рас­по­ла­га­ют­ся вб­ли­зи дей­ству­ю­щих или не­дав­но уснув­ших вул­ка­нов. Для из­вер­же­ния гей­зе­ров не­об­хо­ди­ма теп­ло­та, по­сту­па­ю­щая от вул­ка­нов.

Чтобы по­нять фи­зи­ку гей­зе­ров, на­пом­ним, что тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды за­ви­сит от дав­ле­ния (см. рис.).

За­ви­си­мость тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния воды от дав­ле­ния

Пред­ста­вим себе 20-мет­ро­вую гей­зер­ную труб­ку, на­пол­нен­ную го­ря­чей водой. По мере уве­ли­че­ния глу­би­ны тем­пе­ра­ту­ра воды рас­тет. Од­но­вре­мен­но воз­рас­та­ет и дав­ле­ние  — оно скла­ды­ва­ет­ся из ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния и дав­ле­ния стол­ба воды в труб­ке. При этом везде по длине труб­ки тем­пе­ра­ту­ра воды ока­зы­ва­ет­ся не­сколь­ко ниже тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, со­от­вет­ству­ю­щей дав­ле­нию на той или иной глу­би­не. Те­перь пред­по­ло­жим, что по од­но­му из бо­ко­вых про­то­ков в труб­ку по­сту­пи­ла пор­ция пара. Пар вошел в труб­ку и под­нял воду до не­ко­то­ро­го но­во­го уров­ня, а часть воды вы­ли­лась из труб­ки в бас­сейн. При этом тем­пе­ра­ту­ра под­ня­той воды может ока­зать­ся выше тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния при новом дав­ле­нии, и вода не­мед­лен­но за­ки­па­ет.

При ки­пе­нии об­ра­зу­ет­ся пар, ко­то­рый еще выше под­ни­ма­ет воду, за­став­ляя ee вы­ли­вать­ся в бас­сейн. Дав­ле­ние на ниж­ние слои воды умень­ша­ет­ся, так что за­ки­па­ет вся остав­ша­я­ся в труб­ке вода. В этот мо­мент об­ра­зу­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ство пара; рас­ши­ря­ясь, он с огром­ной ско­ро­стью устрем­ля­ет­ся вверх, вы­бра­сы­вая остат­ки воды из труб­ки  — про­ис­хо­дит из­вер­же­ние гей­зе­ра.

Но вот весь пар вышел, труб­ка по­сте­пен­но вновь за­пол­ня­ет­ся охла­див­шей­ся водой. Время от вре­ме­ни внизу слы­шат­ся взры­вы  — это в труб­ку из бо­ко­вых про­то­ков по­па­да­ют пор­ции пара. Од­на­ко оче­ред­ной вы­брос воды нач­нет­ся толь­ко тогда, когда вода в труб­ке на­гре­ет­ся до тем­пе­ра­ту­ры, близ­кой к тем­пе­ра­ту­ре ки­пе­ния.

При опре­де­лен­ных усло­ви­ях во­дя­ные пары, на­хо­дя­щи­е­ся в воз­ду­хе, ча­стич­но кон­ден­си­ру­ют­ся, в ре­зуль­та­те чего и воз­ни­ка­ют во­дя­ные ка­пель­ки ту­ма­на. Ка­пель­ки воды имеют диа­метр от 0,5 до 100 мкм.

Возь­мем сосуд, на­по­ло­ви­ну за­пол­ним водой и за­кро­ем крыш­кой. Наи­бо­лее быст­рые мо­ле­ку­лы воды, пре­одо­лев при­тя­же­ние со сто­ро­ны дру­гих мо­ле­кул, вы­ска­ки­ва­ют из воды и об­ра­зу­ют пар над по­верх­но­стью воды. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся ис­па­ре­ни­ем воды. С дру­гой сто­ро­ны, мо­ле­ку­лы во­дя­но­го пара, стал­ки­ва­ясь друг с дру­гом и с дру­ги­ми мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха, слу­чай­ным об­ра­зом могут ока­зать­ся у по­верх­но­сти воды и пе­рей­ти об­рат­но в жид­кость. Это кон­ден­са­ция пара. В конце кон­цов, при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре про­цес­сы ис­па­ре­ния и кон­ден­са­ции вза­им­но ком­пен­си­ру­ют­ся, то есть уста­нав­ли­ва­ет­ся со­сто­я­ние тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия. Во­дя­ной пар, на­хо­дя­щий­ся в этом слу­чае над по­верх­но­стью жид­ко­сти, на­зы­ва­ет­ся на­сы­щен­ным.

Если тем­пе­ра­ту­ру по­вы­сить, то ско­рость ис­па­ре­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся, и. рав­но­ве­сие уста­нав­ли­ва­ет­ся при боль­шей плот­но­сти во­дя­но­го пара. Таким об­ра­зом, плот­ность на­сы­щен­но­го пара воз­рас­та­ет с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры (см. рис.).

Для воз­ник­но­ве­ния ту­ма­на не­об­хо­ди­мо, чтобы пар стал не про­сто на­сы­щен­ным, а пе­ре­сы­щен­ным. Во­дя­ной пар ста­но­вит­ся на­сы­щен­ным (и пе­ре­сы­щен­ным) при до­ста­точ­ном охла­жде­нии (про­цесс АВ) или в про­цес­се до­пол­ни­тель­но­го ис­па­ре­ния воды (про­цесс АС). Со­от­вет­ствен­но вы­па­да­ю­щий туман на­зы­ва­ют ту­ма­ном охла­жде­ния и ту­ма­ном ис­па­ре­ния.

Вто­рое усло­вие, не­об­хо­ди­мое для об­ра­зо­ва­ния ту­ма­на,  — это на­ли­чие ядер (цен­тров) кон­ден­са­ции. Роль ядер могут иг­рать ионы, мель­чай­шие ка­пель­ки воды, пы­лин­ки, ча­стич­ки сажи и дру­гие мел­кие за­гряз­не­ния. Чем боль­ше за­гряз­нен­ность воз­ду­ха, тем боль­шей плот­но­стью от­ли­ча­ют­ся ту­ма­ны.

Гей­зе­ры рас­по­ла­га­ют­ся вб­ли­зи дей­ству­ю­щих или не­дав­но уснув­ших вул­ка­нов. Для из­вер­же­ния гей­зе­ров не­об­хо­ди­ма теп­ло­та, по­сту­па­ю­щая от вул­ка­нов.

Чтобы по­нять фи­зи­ку гей­зе­ров, на­пом­ним, что тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды за­ви­сит от дав­ле­ния (см. рис.).

За­ви­си­мость тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния воды от дав­ле­ния

Пред­ста­вим себе 20-мет­ро­вую гей­зер­ную труб­ку, на­пол­нен­ную го­ря­чей водой. По мере уве­ли­че­ния глу­би­ны тем­пе­ра­ту­ра воды рас­тет. Од­но­вре­мен­но воз­рас­та­ет и дав­ле­ние  — оно скла­ды­ва­ет­ся из ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния и дав­ле­ния стол­ба воды в труб­ке. При этом везде по длине труб­ки тем­пе­ра­ту­ра воды ока­зы­ва­ет­ся не­сколь­ко ниже тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, со­от­вет­ству­ю­щей дав­ле­нию на той или иной глу­би­не. Те­перь пред­по­ло­жим, что по од­но­му из бо­ко­вых про­то­ков в труб­ку по­сту­пи­ла пор­ция пара. Пар вошел в труб­ку и под­нял воду до не­ко­то­ро­го но­во­го уров­ня, а часть воды вы­ли­лась из труб­ки в бас­сейн. При этом тем­пе­ра­ту­ра под­ня­той воды может ока­зать­ся выше тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния при новом дав­ле­нии, и вода не­мед­лен­но за­ки­па­ет.

При ки­пе­нии об­ра­зу­ет­ся пар, ко­то­рый еще выше под­ни­ма­ет воду, за­став­ляя ee вы­ли­вать­ся в бас­сейн. Дав­ле­ние на ниж­ние слои воды умень­ша­ет­ся, так что за­ки­па­ет вся остав­ша­я­ся в труб­ке вода. В этот мо­мент об­ра­зу­ет­ся боль­шое ко­ли­че­ство пара; рас­ши­ря­ясь, он с огром­ной ско­ро­стью устрем­ля­ет­ся вверх, вы­бра­сы­вая остат­ки воды из труб­ки  — про­ис­хо­дит из­вер­же­ние гей­зе­ра.

Но вот весь пар вышел, труб­ка по­сте­пен­но вновь за­пол­ня­ет­ся охла­див­шей­ся водой. Время от вре­ме­ни внизу слы­шат­ся взры­вы  — это в труб­ку из бо­ко­вых про­то­ков по­па­да­ют пор­ции пара. Од­на­ко оче­ред­ной вы­брос воды нач­нет­ся толь­ко тогда, когда вода в труб­ке на­гре­ет­ся до тем­пе­ра­ту­ры, близ­кой к тем­пе­ра­ту­ре ки­пе­ния.

Ве­ще­ства во­круг нас чаще всего на­хо­дят­ся в одном из трех ос­нов­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ний  — твер­дом, жид­ком либо га­зо­об­раз­ном. При опре­де­лен­ных усло­ви­ях, своих для каж­до­го ве­ще­ства, воз­мож­ны пе­ре­хо­ды ве­ще­ства из од­но­го аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния в дру­гое. Аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния ве­ще­ства часто на­зы­ва­ют фа­за­ми, а пе­ре­хо­ды между ними  — фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми. На­при­мер, вода при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. пе­ре­хо­дит из жид­кой фазы в твер­дую (при от­во­де теп­ло­ты) либо из твер­дой фазы в жид­кую (при под­во­де теп­ло­ты). При от­сут­ствии теп­ло­об­ме­на с окру­жа­ю­щи­ми те­ла­ми две фазы ве­ще­ства могут су­ще­ство­вать од­но­вре­мен­но (на­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. лед и вода могут на­хо­дить­ся в теп­ло­вом рав­но­ве­сии друг с дру­гом). Опыт по­ка­зы­ва­ет, что тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход, за­ви­сит от дав­ле­ния. На­при­мер, при по­ни­же­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды по­ни­жа­ет­ся, и по­это­му вы­со­ко в горах вода кипит при тем­пе­ра­ту­ре, мень­шей 100 °C.

Для того чтобы опре­де­лять, в какой фазе будет на­хо­дить­ся ве­ще­ство при дан­ных усло­ви­ях, а также на­хо­дить, как будут про­ис­хо­дить вза­им­ные пре­вра­ще­ния между фа­за­ми, ис­поль­зу­ют­ся спе­ци­аль­ные гра­фи­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся фа­зо­вы­ми диа­грам­ма­ми. В ка­че­стве при­ме­ра на ри­сун­ке по­ка­за­на фа­зо­вая диа­грам­ма для воды.

Фа­зо­вая диа­грам­ма пред­став­ля­ет собой гра­фик, по го­ри­зон­таль­ной оси ко­то­ро­го от­ло­же­на тем­пе­ра­ту­ра t (в °С), а по вер­ти­каль­ной оси  — дав­ле­ние р (в атм.). Ли­ни­я­ми на диа­грам­ме по­ка­за­ны все воз­мож­ные на­бо­ры тем­пе­ра­ту­ры и дав­ле­ния, при ко­то­рых про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход. На нашем ри­сун­ке линия АО со­от­вет­ству­ет фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду лед-пар (и об­рат­но), линия ВО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду пар-жид­кость (и об­рат­но), линия СО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду жид­кость-лед (и об­рат­но). Со­от­вет­ствен­но, об­ла­сти I на диа­грам­ме со­от­вет­ству­ет твер­дое со­сто­я­ние воды, об­ла­сти II  — га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, а об­ла­сти III  — жид­кое со­сто­я­ние. Для того чтобы опре­де­лить, в каком со­сто­я­нии на­хо­дит­ся вода при дан­ных усло­ви­ях, нужно вы­яс­нить, в какой из этих об­ла­стей на диа­грам­ме лежит со­от­вет­ству­ю­щая точка. На­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре +70 °C и дав­ле­нии 0,2 атм. со­от­вет­ству­ю­щая точка 1 лежит на диа­грам­ме в об­ла­сти II, что со­от­вет­ству­ет га­зо­об­раз­но­му со­сто­я­нию. Также при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно опре­де­лять, какой фа­зо­вый пе­ре­ход будет со­вер­шать ве­ще­ство при из­ме­не­нии од­но­го из па­ра­мет­ров. На­при­мер, если при по­сто­ян­ном дав­ле­нии 1,3 атм. уве­ли­чи­вать тем­пе­ра­ту­ру от −50 °C до +40 °C, то вода будет пе­ре­хо­дить из твер­до­го со­сто­я­ния 2 в жид­кое со­сто­я­ние 3. На­ко­нец, при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно вы­яс­нить, как из­ме­ня­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра фа­зо­во­го пе­ре­хо­да при из­ме­не­нии дав­ле­ния. На­при­мер, из диа­грам­мы видно, что при по­вы­ше­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся (кри­вая ОВ).

Из фа­зо­вой диа­грам­мы видно, что линии АО, ВО и СО схо­дят­ся в одной точке О. Это озна­ча­ет, что при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, со­от­вет­ству­ю­щих точке О, три фазы воды (твер­дая, жид­кая и га­зо­об­раз­ная) могут од­но­вре­мен­но су­ще­ство­вать в рав­но­ве­сии друг с дру­гом. Точка О на­зы­ва­ет­ся трой­ной точ­кой.

Ве­ще­ства во­круг нас чаще всего на­хо­дят­ся в одном из трех ос­нов­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ний  — твер­дом, жид­ком либо га­зо­об­раз­ном. При опре­де­лен­ных усло­ви­ях, своих для каж­до­го ве­ще­ства, воз­мож­ны пе­ре­хо­ды ве­ще­ства из од­но­го аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния в дру­гое. Аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния ве­ще­ства часто на­зы­ва­ют фа­за­ми, а пе­ре­хо­ды между ними  — фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми. На­при­мер, вода при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. пе­ре­хо­дит из жид­кой фазы в твер­дую (при от­во­де теп­ло­ты) либо из твер­дой фазы в жид­кую (при под­во­де теп­ло­ты). При от­сут­ствии теп­ло­об­ме­на с окру­жа­ю­щи­ми те­ла­ми две фазы ве­ще­ства могут су­ще­ство­вать од­но­вре­мен­но (на­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. лед и вода могут на­хо­дить­ся в теп­ло­вом рав­но­ве­сии друг с дру­гом). Опыт по­ка­зы­ва­ет, что тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход, за­ви­сит от дав­ле­ния. На­при­мер, при по­ни­же­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды по­ни­жа­ет­ся, и по­это­му вы­со­ко в горах вода кипит при тем­пе­ра­ту­ре, мень­шей 100 °C.

Для того чтобы опре­де­лять, в какой фазе будет на­хо­дить­ся ве­ще­ство при дан­ных усло­ви­ях, а также на­хо­дить, как будут про­ис­хо­дить вза­им­ные пре­вра­ще­ния между фа­за­ми, ис­поль­зу­ют­ся спе­ци­аль­ные гра­фи­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся фа­зо­вы­ми диа­грам­ма­ми. В ка­че­стве при­ме­ра на ри­сун­ке по­ка­за­на фа­зо­вая диа­грам­ма для воды.

Фа­зо­вая диа­грам­ма пред­став­ля­ет собой гра­фик, по го­ри­зон­таль­ной оси ко­то­ро­го от­ло­же­на тем­пе­ра­ту­ра t (в °С), а по вер­ти­каль­ной оси  — дав­ле­ние р (в атм.). Ли­ни­я­ми на диа­грам­ме по­ка­за­ны все воз­мож­ные на­бо­ры тем­пе­ра­ту­ры и дав­ле­ния, при ко­то­рых про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход. На нашем ри­сун­ке линия АО со­от­вет­ству­ет фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду лед-пар (и об­рат­но), линия ВО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду пар-жид­кость (и об­рат­но), линия СО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду жид­кость-лед (и об­рат­но). Со­от­вет­ствен­но, об­ла­сти I на диа­грам­ме со­от­вет­ству­ет твер­дое со­сто­я­ние воды, об­ла­сти II  — га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, а об­ла­сти III  — жид­кое со­сто­я­ние. Для того чтобы опре­де­лить, в каком со­сто­я­нии на­хо­дит­ся вода при дан­ных усло­ви­ях, нужно вы­яс­нить, в какой из этих об­ла­стей на диа­грам­ме лежит со­от­вет­ству­ю­щая точка. На­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре +70 °C и дав­ле­нии 0,2 атм. со­от­вет­ству­ю­щая точка 1 лежит на диа­грам­ме в об­ла­сти II, что со­от­вет­ству­ет га­зо­об­раз­но­му со­сто­я­нию. Также при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно опре­де­лять, какой фа­зо­вый пе­ре­ход будет со­вер­шать ве­ще­ство при из­ме­не­нии од­но­го из па­ра­мет­ров. На­при­мер, если при по­сто­ян­ном дав­ле­нии 1,3 атм. уве­ли­чи­вать тем­пе­ра­ту­ру от −50 °C до +40 °C, то вода будет пе­ре­хо­дить из твер­до­го со­сто­я­ния 2 в жид­кое со­сто­я­ние 3. На­ко­нец, при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно вы­яс­нить, как из­ме­ня­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра фа­зо­во­го пе­ре­хо­да при из­ме­не­нии дав­ле­ния. На­при­мер, из диа­грам­мы видно, что при по­вы­ше­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся (кри­вая ОВ).

Из фа­зо­вой диа­грам­мы видно, что линии АО, ВО и СО схо­дят­ся в одной точке О. Это озна­ча­ет, что при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, со­от­вет­ству­ю­щих точке О, три фазы воды (твер­дая, жид­кая и га­зо­об­раз­ная) могут од­но­вре­мен­но су­ще­ство­вать в рав­но­ве­сии друг с дру­гом. Точка О на­зы­ва­ет­ся трой­ной точ­кой.

Не­об­хо­ди­мость в отоп­ле­нии воз­ник­ла в не­за­па­мят­ные вре­ме­на, од­но­вре­мен­но с тем, как люди на­учи­лись стро­ить для себя самые при­ми­тив­ные жи­ли­ща. Пер­вые жи­ли­ща отап­ли­ва­лись ко­стра­ми, потом их сме­ни­ли очаги, затем  — печи. В ходе тех­ни­че­ско­го про­грес­са си­сте­мы отоп­ле­ния по­сто­ян­но со­вер­шен­ство­ва­лись и улуч­ша­лись. Люди учи­лись при­ме­нять новые виды топ­ли­ва, при­ду­мы­ва­ли раз­ные кон­струк­ции ото­пи­тель­ных при­бо­ров, стре­ми­лись умень­шить рас­ход го­рю­че­го и сде­лать ра­бо­ту ото­пи­тель­ной си­сте­мы ав­то­ном­ной, не тре­бу­ю­щей по­сто­ян­но­го кон­тро­ля че­ло­ве­ка. В на­сто­я­щее время наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли си­сте­мы во­дя­но­го отоп­ле­ния, ко­то­рое при­ме­ня­ет­ся для обо­гре­ва как мно­го­квар­тир­ных домов в го­ро­дах, так и не­боль­ших зда­ний в сель­ской мест­но­сти. Прин­цип ра­бо­ты си­сте­мы во­дя­но­го отоп­ле­ния (см. рис.) удоб­но по­яс­нить на при­ме­ре ото­пи­тель­ной си­сте­мы не­боль­шо­го жи­ло­го дома.

Ис­точ­ни­ком теп­ло­ты для ото­пи­тель­ной си­сте­мы слу­жит печь 1, в ко­то­рой могут сго­рать раз­лич­ные виды ор­га­ни­че­ско­го топ­ли­ва  — дрова, торф, ка­мен­ный уголь, при­род­ный газ, неф­те­про­дук­ты и пр. Печь на­гре­ва­ет воду в котле 2. При на­гре­ва­нии вода рас­ши­ря­ет­ся и ее плот­ность умень­ша­ет­ся, в ре­зуль­та­те чего она под­ни­ма­ет­ся из котла вверх по вер­ти­каль­но­му глав­но­му сто­я­ку 3. В верх­ней части глав­но­го сто­я­ка рас­по­ло­жен име­ю­щий выход в ат­мо­сфе­ру рас­ши­ри­тель­ный бак 4, ко­то­рый не­об­хо­дим из-за того, что объем воды уве­ли­чи­ва­ет­ся при на­гре­ва­нии. От верх­ней части глав­но­го сто­я­ка от­хо­дит труба 5 («го­ря­чий тру­бо­про­вод»), по ко­то­ро­му вода по­да­ет­ся к ото­пи­тель­ным при­бо­рам  — ба­та­ре­ям 6, со­сто­я­щим из не­сколь­ких сек­ций каж­дая. После про­те­ка­ния через ба­та­реи остыв­шая вода по об­рат­но­му тру­бо­про­во­ду 7 вновь по­па­да­ет в котел, опять на­гре­ва­ет­ся и снова под­ни­ма­ет­ся по глав­но­му сто­я­ку. При наи­бо­лее про­стой од­но­труб­ной схеме все ба­та­реи со­еди­ня­ют­ся друг с дру­гом таким об­ра­зом, что все сек­ции ока­зы­ва­ют­ся па­рал­лель­но под­со­еди­нен­ны­ми к го­ря­че­му и к об­рат­но­му тру­бо­про­во­ду. По­сколь­ку вода при про­те­ка­нии через ба­та­реи по­сте­пен­но осты­ва­ет, для под­дер­жа­ния оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ры в раз­ных по­ме­ще­ни­ях в них де­ла­ют ба­та­реи с раз­ным чис­лом сек­ций (то есть с раз­ной пло­ща­дью по­верх­но­сти). В тех ком­на­тах, в ко­то­рые вода по­сту­па­ет рань­ше и по­это­му имеет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, ко­ли­че­ство сек­ций в ба­та­ре­ях де­ла­ют мень­ше, и на­о­бо­рот. Вода в такой ото­пи­тель­ной си­сте­ме цир­ку­ли­ру­ет ав­то­ма­ти­че­ски, до тех пор пока в печи горит топ­ли­во. Для того чтобы цир­ку­ля­ция была воз­мож­на, все го­ря­чие тру­бо­про­во­ды и об­рат­ные тру­бо­про­во­ды в си­сте­ме де­ла­ют либо вер­ти­каль­ны­ми, либо с не­боль­шим укло­ном в нуж­ную сто­ро­ну  — так, чтобы вода по ним шла от глав­но­го сто­я­ка об­рат­но к котлу под дей­стви­ем силы тя­же­сти («са­мо­те­ком»). Ско­рость цир­ку­ля­ции воды и сте­пень обо­гре­ва можно ре­гу­ли­ро­вать, умень­шая или уве­ли­чи­вая ко­ли­че­ство топ­ли­ва, сго­ра­ю­ще­го в печи в еди­ни­цу вре­ме­ни. Вода цир­ку­ли­ру­ет в ото­пи­тель­ных си­сте­мах та­ко­го типа тем лучше, чем боль­ше рас­сто­я­ние по вы­со­те между кот­лом и го­ря­чим тру­бо­про­во­дом. По­это­му печь с кот­лом ста­ра­ют­ся рас­по­ла­гать как можно ниже -обыч­но их ста­вят в под­ва­ле либо, при его от­сут­ствии, опус­ка­ют до уров­ня земли, а го­ря­чий тру­бо­про­вод про­во­дят по чер­да­ку.

Для нор­маль­ной ра­бо­ты ото­пи­тель­ной си­сте­мы очень важно, чтобы внут­ри нее не было воз­ду­ха. Для вы­пус­ка воз­душ­ных про­бок, ко­то­рые могут воз­ни­кать в тру­бах и в ба­та­ре­ях, слу­жат спе­ци­аль­ные воз­ду­хо­от­вод­чи­ки, ко­то­рые от­кры­ва­ют­ся при за­пол­не­нии си­сте­мы водой (на ри­сун­ке не по­ка­за­ны). Также на тру­бах в ниж­ней части си­сте­мы уста­нав­ли­ва­ют­ся краны 8, при по­мо­щи ко­то­рых из ото­пи­тель­ной си­сте­мы при не­об­хо­ди­мо­сти сли­ва­ет­ся вода.

Из­вест­но, что при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий  — тем­пе­ра­ту­ры или дав­ле­ния  — ве­ще­ство может из­ме­нять свое аг­ре­гат­ное со­сто­я­ние (пе­ре­хо­дить из га­зо­об­раз­ной формы в жид­кую, из жид­кой в твер­дую, либо из га­зо­об­раз­ной в твер­дую, и об­рат­но). Од­на­ко, как по­ка­зы­ва­ет опыт, воз­мо­жен и дру­гой тип пре­вра­ще­ния ве­ще­ства. Ве­ще­ство при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий может из­ме­нять какие-либо свои свой­ства, оста­ва­ясь при этом в преж­нем аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии. Такие из­ме­не­ния свойств ве­ще­ства на­зы­ва­ют фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми, и го­во­рят, что ве­ще­ство пе­ре­шло из одной фазы в дру­гую. Любое из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния, есте­ствен­но, яв­ля­ет­ся фа­зо­вым пе­ре­хо­дом. Об­рат­ное утвер­жде­ние не­вер­но. Таким об­ра­зом, фа­зо­вый пе­ре­ход  — более ши­ро­кое по­ня­тие, чем из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния.

Раз­ли­ча­ют два ос­нов­ных типа фа­зо­вых пе­ре­хо­дов. Их так и на­зы­ва­ют  — фа­зо­вый пе­ре­ход пер­во­го рода и фа­зо­вый пе­ре­ход вто­ро­го рода. При фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода скач­ком из­ме­ня­ют­ся плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия (при этом дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки также могут ме­нять­ся). По­след­нее озна­ча­ет, что при фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода вы­де­ля­ет­ся или по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та. При­ме­ра­ми фа­зо­во­го пе­ре­хо­да пер­во­го рода как раз могут слу­жить упо­мя­ну­тые выше из­ме­не­ния аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния ве­ще­ства. На­при­мер, при пре­вра­ще­нии воды в лед плот­ность ве­ще­ства умень­ша­ет­ся (ве­ще­ство рас­ши­ря­ет­ся) и вы­де­ля­ет­ся теп­ло­та за­мер­за­ния (рав­ная по мо­ду­лю теп­ло­те плав­ле­ния, по­гло­ща­ю­щей­ся при об­рат­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де). При этом умень­ша­ет­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства.

При фа­зо­вом пе­ре­хо­де вто­ро­го рода плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия оста­ют­ся не­из­мен­ны­ми, по­это­му такие пе­ре­хо­ды могут быть внеш­не не­за­мет­ны­ми. Зато скач­ко­об­раз­но из­ме­ня­ют­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства, его ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния и не­ко­то­рые дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки. При­ме­ра­ми фа­зо­вых пе­ре­хо­дов вто­ро­го рода могут слу­жить пе­ре­ход ме­тал­лов и спла­вов из обыч­но­го со­сто­я­ния в сверх­про­во­дя­щее, а также пе­ре­ход твер­дых ве­ществ из аморф­но­го со­сто­я­ния в стек­ло­об­раз­ное.

Ин­те­рес­ные при­ме­ры фа­зо­вых пе­ре­хо­дов пер­во­го рода на­блю­да­ют­ся у не­ко­то­рых ме­тал­лов. На­при­мер, если на­гре­вать же­ле­зо, то при до­сти­же­нии тем­пе­ра­ту­ры +917 °C про­ис­хо­дит пе­ре­строй­ка его кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки, в ре­зуль­та­те чего на­блю­да­ет­ся уве­ли­че­ние плот­но­сти ве­ще­ства и по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та фа­зо­во­го пе­ре­хо­да. Этот фа­зо­вый пе­ре­ход об­ра­тим  — при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры об­рат­но до +917 °C плот­ность же­ле­за, на­о­бо­рот, умень­ша­ет­ся, и про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние теп­ло­ты фа­зо­во­го пе­ре­хо­да.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды могут быть и не­об­ра­ти­мы­ми. Ярким при­ме­ром та­ко­го пе­ре­хо­да может слу­жить пре­вра­ще­ние так на­зы­ва­е­мо­го «бе­ло­го олова» в так на­зы­ва­е­мое «серое олово». При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре белое олово яв­ля­ет­ся пла­стич­ным ме­тал­лом. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до при­мер­но +13 °C оно на­чи­на­ет мед­лен­но пе­ре­хо­дить в дру­гое фа­зо­вое со­сто­я­ние  — серое олово  — в ко­то­ром олово су­ще­ству­ет в виде по­рош­ка. Фа­зо­вый пе­ре­ход про­ис­хо­дит с очень малой ско­ро­стью (то есть после по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ниже точки фа­зо­во­го пе­ре­хо­да олово все еще оста­ет­ся белым, но это со­сто­я­ние не­ста­биль­но). Од­на­ко фа­зо­вый пе­ре­ход резко уско­ря­ет­ся при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до –33 °C, а также при кон­так­те се­ро­го олова с белым оло­вом. По­сколь­ку при дан­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де про­ис­хо­дит рез­кое умень­ше­ние плот­но­сти (и уве­ли­че­ние объ­е­ма), то оло­вян­ные пред­ме­ты рас­сы­па­ют­ся в по­ро­шок, при­чем по­па­да­ние этого по­рош­ка на «не по­ра­жен­ные» пред­ме­ты при­во­дит к их быст­рой порче (пред­ме­ты как бы «за­ра­жа­ют­ся»). Вер­нуть серое олово в ис­ход­ное со­сто­я­ние воз­мож­но толь­ко путем его пе­ре­плав­ки.

Опи­сан­ное яв­ле­ние по­лу­чи­ло на­зва­ние «оло­вян­ная чума». Оно яви­лось ос­нов­ной при­чи­ной ги­бе­ли экс­пе­ди­ции Р. Ф. Скот­та к Юж­но­му по­лю­су в 1912 г. (экс­пе­ди­ция оста­лась без топ­ли­ва  — оно вы­тек­ло из баков, за­па­ян­ных оло­вом, ко­то­рое по­ра­зи­ла «оло­вян­ная чума»). Также су­ще­ству­ет ле­ген­да, со­глас­но ко­то­рой одной из при­чин не­уда­чи армии На­по­лео­на в Рос­сии яви­лись силь­ные зим­ние мо­ро­зы, ко­то­рые пре­вра­ти­ли в по­ро­шок оло­вян­ные пу­го­ви­цы на мун­ди­рах сол­дат. «Оло­вян­ная чума» по­гу­би­ла мно­гие цен­ней­шие кол­лек­ции оло­вян­ных сол­да­ти­ков. На­при­мер, в за­пас­ни­ках пе­тер­бург­ско­го музея Алек­сандра Су­во­ро­ва пре­вра­ти­лись в труху де­сят­ки фи­гу­рок  — в под­ва­ле, где они хра­ни­лись, во время су­ро­вой зимы лоп­ну­ли ба­та­реи отоп­ле­ния.

Из­вест­но, что при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий  — тем­пе­ра­ту­ры или дав­ле­ния  — ве­ще­ство может из­ме­нять свое аг­ре­гат­ное со­сто­я­ние (пе­ре­хо­дить из га­зо­об­раз­ной формы в жид­кую, из жид­кой в твер­дую, либо из га­зо­об­раз­ной в твер­дую, и об­рат­но). Од­на­ко, как по­ка­зы­ва­ет опыт, воз­мо­жен и дру­гой тип пре­вра­ще­ния ве­ще­ства. Ве­ще­ство при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий может из­ме­нять какие-либо свои свой­ства, оста­ва­ясь при этом в преж­нем аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии. Такие из­ме­не­ния свойств ве­ще­ства на­зы­ва­ют фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми, и го­во­рят, что ве­ще­ство пе­ре­шло из одной фазы в дру­гую. Любое из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния, есте­ствен­но, яв­ля­ет­ся фа­зо­вым пе­ре­хо­дом. Об­рат­ное утвер­жде­ние не­вер­но. Таким об­ра­зом, фа­зо­вый пе­ре­ход  — более ши­ро­кое по­ня­тие, чем из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния.

Раз­ли­ча­ют два ос­нов­ных типа фа­зо­вых пе­ре­хо­дов. Их так и на­зы­ва­ют  — фа­зо­вый пе­ре­ход пер­во­го рода и фа­зо­вый пе­ре­ход вто­ро­го рода. При фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода скач­ком из­ме­ня­ют­ся плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия (при этом дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки также могут ме­нять­ся). По­след­нее озна­ча­ет, что при фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода вы­де­ля­ет­ся или по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та. При­ме­ра­ми фа­зо­во­го пе­ре­хо­да пер­во­го рода как раз могут слу­жить упо­мя­ну­тые выше из­ме­не­ния аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния ве­ще­ства. На­при­мер, при пре­вра­ще­нии воды в лед плот­ность ве­ще­ства умень­ша­ет­ся (ве­ще­ство рас­ши­ря­ет­ся) и вы­де­ля­ет­ся теп­ло­та за­мер­за­ния (рав­ная по мо­ду­лю теп­ло­те плав­ле­ния, по­гло­ща­ю­щей­ся при об­рат­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де). При этом умень­ша­ет­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства.

При фа­зо­вом пе­ре­хо­де вто­ро­го рода плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия оста­ют­ся не­из­мен­ны­ми, по­это­му такие пе­ре­хо­ды могут быть внеш­не не­за­мет­ны­ми. Зато скач­ко­об­раз­но из­ме­ня­ют­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства, его ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния и не­ко­то­рые дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки. При­ме­ра­ми фа­зо­вых пе­ре­хо­дов вто­ро­го рода могут слу­жить пе­ре­ход ме­тал­лов и спла­вов из обыч­но­го со­сто­я­ния в сверх­про­во­дя­щее, а также пе­ре­ход твер­дых ве­ществ из аморф­но­го со­сто­я­ния в стек­ло­об­раз­ное.

Ин­те­рес­ные при­ме­ры фа­зо­вых пе­ре­хо­дов пер­во­го рода на­блю­да­ют­ся у не­ко­то­рых ме­тал­лов. На­при­мер, если на­гре­вать же­ле­зо, то при до­сти­же­нии тем­пе­ра­ту­ры +917 °C про­ис­хо­дит пе­ре­строй­ка его кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки, в ре­зуль­та­те чего на­блю­да­ет­ся уве­ли­че­ние плот­но­сти ве­ще­ства и по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та фа­зо­во­го пе­ре­хо­да. Этот фа­зо­вый пе­ре­ход об­ра­тим  — при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры об­рат­но до +917 °C плот­ность же­ле­за, на­о­бо­рот, умень­ша­ет­ся, и про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние теп­ло­ты фа­зо­во­го пе­ре­хо­да.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды могут быть и не­об­ра­ти­мы­ми. Ярким при­ме­ром та­ко­го пе­ре­хо­да может слу­жить пре­вра­ще­ние так на­зы­ва­е­мо­го «бе­ло­го олова» в так на­зы­ва­е­мое «серое олово». При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре белое олово яв­ля­ет­ся пла­стич­ным ме­тал­лом. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до при­мер­но +13 °C оно на­чи­на­ет мед­лен­но пе­ре­хо­дить в дру­гое фа­зо­вое со­сто­я­ние  — серое олово  — в ко­то­ром олово су­ще­ству­ет в виде по­рош­ка. Фа­зо­вый пе­ре­ход про­ис­хо­дит с очень малой ско­ро­стью (то есть после по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ниже точки фа­зо­во­го пе­ре­хо­да олово все еще оста­ет­ся белым, но это со­сто­я­ние не­ста­биль­но). Од­на­ко фа­зо­вый пе­ре­ход резко уско­ря­ет­ся при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до –33 °C, а также при кон­так­те се­ро­го олова с белым оло­вом. По­сколь­ку при дан­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де про­ис­хо­дит рез­кое умень­ше­ние плот­но­сти (и уве­ли­че­ние объ­е­ма), то оло­вян­ные пред­ме­ты рас­сы­па­ют­ся в по­ро­шок, при­чем по­па­да­ние этого по­рош­ка на «не по­ра­жен­ные» пред­ме­ты при­во­дит к их быст­рой порче (пред­ме­ты как бы «за­ра­жа­ют­ся»). Вер­нуть серое олово в ис­ход­ное со­сто­я­ние воз­мож­но толь­ко путем его пе­ре­плав­ки.

Опи­сан­ное яв­ле­ние по­лу­чи­ло на­зва­ние «оло­вян­ная чума». Оно яви­лось ос­нов­ной при­чи­ной ги­бе­ли экс­пе­ди­ции Р. Ф. Скот­та к Юж­но­му по­лю­су в 1912 г. (экс­пе­ди­ция оста­лась без топ­ли­ва  — оно вы­тек­ло из баков, за­па­ян­ных оло­вом, ко­то­рое по­ра­зи­ла «оло­вян­ная чума»). Также су­ще­ству­ет ле­ген­да, со­глас­но ко­то­рой одной из при­чин не­уда­чи армии На­по­лео­на в Рос­сии яви­лись силь­ные зим­ние мо­ро­зы, ко­то­рые пре­вра­ти­ли в по­ро­шок оло­вян­ные пу­го­ви­цы на мун­ди­рах сол­дат. «Оло­вян­ная чума» по­гу­би­ла мно­гие цен­ней­шие кол­лек­ции оло­вян­ных сол­да­ти­ков. На­при­мер, в за­пас­ни­ках пе­тер­бург­ско­го музея Алек­сандра Су­во­ро­ва пре­вра­ти­лись в труху де­сят­ки фи­гу­рок  — в под­ва­ле, где они хра­ни­лись, во время су­ро­вой зимы лоп­ну­ли ба­та­реи отоп­ле­ния.

В воз­ду­хе все­гда при­сут­ству­ют во­дя­ные пары, кон­цен­тра­ция ко­то­рых может быть раз­лич­ной. Опыт по­ка­зы­ва­ет, что кон­цен­тра­ция паров не может пре­вы­шать не­ко­то­ро­го мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния nmax (для каж­дой тем­пе­ра­ту­ры это зна­че­ние свое). Пары с кон­цен­тра­ци­ей, рав­ной n_max, на­зы­ва­ют­ся на­сы­щен­ны­ми. С ро­стом тем­пе­ра­ту­ры мак­си­маль­но воз­мож­ная кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров также рас­тет. От­но­ше­ние кон­цен­тра­ции n

во­дя­ных паров при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре к мак­си­маль­но воз­мож­ной кон­цен­тра­ции при той же тем­пе­ра­ту­ре на­зы­ва­ет­ся от­но­си­тель­ной влаж­но­стью, ко­то­рая обо­зна­ча­ет­ся бук­вой f. От­но­си­тель­ную влаж­ность

при­ня­то из­ме­рять в про­цен­тах. Из ска­зан­но­го сле­ду­ет, что f  =  (n/n_max) · 100%.

При этом от­но­си­тель­ная влаж­ность не может пре­вы­шать 100%.

Пусть при не­ко­то­рой тем­пе­ра­ту­ре t кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров в воз­ду­хе равна n, а от­но­си­тель­ная влаж­ность мень­ше, чем 100%. Если тем­пе­ра­ту­ра будет по­ни­жать­ся, то вме­сте с ней будет умень­шать­ся и ве­ли­чи­на nmax, а зна­чит, от­но­си­тель­ная влаж­ность будет уве­ли­чи­вать­ся. При не­ко­то­рой кри­ти­че­ской тем­пе­ра­ту­ре от­но­си­тель­ная влаж­ность до­стиг­нет зна­че­ния 100% (в этот мо­мент кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров ста­нет мак­си­маль­но воз­мож­ной при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре). По­это­му даль­ней­шее по­ни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры при­ве­дет к пе­ре­хо­ду во­дя­ных паров в жид­кое со­сто­я­ние  — в воз­ду­хе об­ра­зу­ют­ся капли ту­ма­на, а на пред­ме­тах вы­па­дут капли росы. По­это­му упо­мя­ну­тая выше кри­ти­че­ская тем­пе­ра­ту­ра на­зы­ва­ет­ся точ­кой росы (обо­зна­ча­ет­ся tр).

На из­ме­ре­нии точки росы ос­но­ва­но дей­ствие при­бо­ра для опре­де­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха  — кон­ден­са­ци­он­но­го гиг­ро­мет­ра. Он со­сто­ит из зер­каль­ца, ко­то­рое может охла­ждать­ся при по­мо­щи ка­ко­го-либо

устрой­ства, и точ­но­го тер­мо­мет­ра для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца до точки росы на нем вы­па­да­ют капли жид­ко­сти. Ве­ли­чи­ну от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха опре­де­ля­ют по из­ме­рен­но­му зна­че­нию точки росы при по­мо­щи спе­ци­аль­ных таб­лиц.

Су­ще­ству­ет еще одна раз­но­вид­ность ту­ма­на  — ле­дя­ной туман. Он на­блю­да­ет­ся при тем­пе­ра­ту­рах ниже −(10 ÷ 15) °C и со­сто­ит из мел­ких кри­стал­ли­ков льда, ко­то­рые свер­ка­ют либо в лучах солн­ца, либо в свете луны или фо­на­рей. Осо­бен­но­стью ле­дя­но­го ту­ма­на яв­ля­ет­ся то, что он может на­блю­дать­ся и при от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, мень­шей 100% (даже менее 50%). Усло­ви­ем воз­ник­но­ве­ния ле­дя­но­го ту­ма­на при низ­кой от­но­си­тель­ной влаж­но­сти яв­ля­ет­ся очень низ­кая тем­пе­ра­ту­ра (ниже −30 °C) и на­ли­чие обиль­ных ис­точ­ни­ков во­дя­но­го пара (на­при­мер, труб и сточ­ных во­до­е­мов

про­мыш­лен­ных пред­при­я­тий, печ­ных труб жилых по­ме­ще­ний, вы­хлоп­ных труб мощ­ных дви­га­те­лей внут­рен­не­го сго­ра­ния и т. п.). По­это­му ле­дя­ной туман при низ­кой влаж­но­сти на­блю­да­ет­ся в на­се­лен­ных пунк­тах, на круп­ных же­лез­но­до­рож­ных стан­ци­ях, на ак­тив­но дей­ству­ю­щих аэро­дро­мах и т. п.

В воз­ду­хе все­гда при­сут­ству­ют во­дя­ные пары, кон­цен­тра­ция ко­то­рых может быть раз­лич­ной. Опыт по­ка­зы­ва­ет, что кон­цен­тра­ция паров не может пре­вы­шать не­ко­то­ро­го мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния nmax (для каж­дой тем­пе­ра­ту­ры это зна­че­ние свое). Пары с кон­цен­тра­ци­ей, рав­ной n_max, на­зы­ва­ют­ся на­сы­щен­ны­ми. С ро­стом тем­пе­ра­ту­ры мак­си­маль­но воз­мож­ная кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров также рас­тет. От­но­ше­ние кон­цен­тра­ции n

во­дя­ных паров при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре к мак­си­маль­но воз­мож­ной кон­цен­тра­ции при той же тем­пе­ра­ту­ре на­зы­ва­ет­ся от­но­си­тель­ной влаж­но­стью, ко­то­рая обо­зна­ча­ет­ся бук­вой f. От­но­си­тель­ную влаж­ность

при­ня­то из­ме­рять в про­цен­тах. Из ска­зан­но­го сле­ду­ет, что f  =  (n/n_max) · 100%.

При этом от­но­си­тель­ная влаж­ность не может пре­вы­шать 100%.

Пусть при не­ко­то­рой тем­пе­ра­ту­ре t кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров в воз­ду­хе равна n, а от­но­си­тель­ная влаж­ность мень­ше, чем 100%. Если тем­пе­ра­ту­ра будет по­ни­жать­ся, то вме­сте с ней будет умень­шать­ся и ве­ли­чи­на nmax, а зна­чит, от­но­си­тель­ная влаж­ность будет уве­ли­чи­вать­ся. При не­ко­то­рой кри­ти­че­ской тем­пе­ра­ту­ре от­но­си­тель­ная влаж­ность до­стиг­нет зна­че­ния 100% (в этот мо­мент кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров ста­нет мак­си­маль­но воз­мож­ной при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре). По­это­му даль­ней­шее по­ни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры при­ве­дет к пе­ре­хо­ду во­дя­ных паров в жид­кое со­сто­я­ние  — в воз­ду­хе об­ра­зу­ют­ся капли ту­ма­на, а на пред­ме­тах вы­па­дут капли росы. По­это­му упо­мя­ну­тая выше кри­ти­че­ская тем­пе­ра­ту­ра на­зы­ва­ет­ся точ­кой росы (обо­зна­ча­ет­ся tр).

На из­ме­ре­нии точки росы ос­но­ва­но дей­ствие при­бо­ра для опре­де­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха  — кон­ден­са­ци­он­но­го гиг­ро­мет­ра. Он со­сто­ит из зер­каль­ца, ко­то­рое может охла­ждать­ся при по­мо­щи ка­ко­го-либо

устрой­ства, и точ­но­го тер­мо­мет­ра для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца до точки росы на нем вы­па­да­ют капли жид­ко­сти. Ве­ли­чи­ну от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха опре­де­ля­ют по из­ме­рен­но­му зна­че­нию точки росы при по­мо­щи спе­ци­аль­ных таб­лиц.

Су­ще­ству­ет еще одна раз­но­вид­ность ту­ма­на  — ле­дя­ной туман. Он на­блю­да­ет­ся при тем­пе­ра­ту­рах ниже −(10 ÷ 15) °C и со­сто­ит из мел­ких кри­стал­ли­ков льда, ко­то­рые свер­ка­ют либо в лучах солн­ца, либо в свете луны или фо­на­рей. Осо­бен­но­стью ле­дя­но­го ту­ма­на яв­ля­ет­ся то, что он может на­блю­дать­ся и при от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, мень­шей 100% (даже менее 50%). Усло­ви­ем воз­ник­но­ве­ния ле­дя­но­го ту­ма­на при низ­кой от­но­си­тель­ной влаж­но­сти яв­ля­ет­ся очень низ­кая тем­пе­ра­ту­ра (ниже −30 °C) и на­ли­чие обиль­ных ис­точ­ни­ков во­дя­но­го пара (на­при­мер, труб и сточ­ных во­до­е­мов

про­мыш­лен­ных пред­при­я­тий, печ­ных труб жилых по­ме­ще­ний, вы­хлоп­ных труб мощ­ных дви­га­те­лей внут­рен­не­го сго­ра­ния и т. п.). По­это­му ле­дя­ной туман при низ­кой влаж­но­сти на­блю­да­ет­ся в на­се­лен­ных пунк­тах, на круп­ных же­лез­но­до­рож­ных стан­ци­ях, на ак­тив­но дей­ству­ю­щих аэро­дро­мах и т. п.

Ве­ще­ства во­круг нас чаще всего на­хо­дят­ся в одном из трех ос­нов­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ний  — твер­дом, жид­ком либо га­зо­об­раз­ном. При опре­де­лен­ных усло­ви­ях, своих для каж­до­го ве­ще­ства, воз­мож­ны пе­ре­хо­ды ве­ще­ства из од­но­го аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния в дру­гое. Аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния ве­ще­ства часто на­зы­ва­ют фа­за­ми, а пе­ре­хо­ды между ними  — фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми. На­при­мер, вода при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. пе­ре­хо­дит из жид­кой фазы в твер­дую (при от­во­де теп­ло­ты) либо из твер­дой фазы в жид­кую (при под­во­де теп­ло­ты). При от­сут­ствии теп­ло­об­ме­на с окру­жа­ю­щи­ми те­ла­ми две фазы ве­ще­ства могут су­ще­ство­вать од­но­вре­мен­но (на­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. лед и вода могут на­хо­дить­ся в теп­ло­вом рав­но­ве­сии друг с дру­гом). Опыт по­ка­зы­ва­ет, что тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход, за­ви­сит от дав­ле­ния. На­при­мер, при по­ни­же­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды по­ни­жа­ет­ся, и по­это­му вы­со­ко в горах вода кипит при тем­пе­ра­ту­ре, мень­шей 100 °C.

Для того чтобы опре­де­лять, в какой фазе будет на­хо­дить­ся ве­ще­ство при дан­ных усло­ви­ях, а также на­хо­дить, как будут про­ис­хо­дить вза­им­ные пре­вра­ще­ния между фа­за­ми, ис­поль­зу­ют­ся спе­ци­аль­ные гра­фи­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся фа­зо­вы­ми диа­грам­ма­ми. В ка­че­стве при­ме­ра на ри­сун­ке по­ка­за­на фа­зо­вая диа­грам­ма для воды.

Фа­зо­вая диа­грам­ма пред­став­ля­ет собой гра­фик, по го­ри­зон­таль­ной оси ко­то­ро­го от­ло­же­на тем­пе­ра­ту­ра t (в °С), а по вер­ти­каль­ной оси  — дав­ле­ние р (в атм.). Ли­ни­я­ми на диа­грам­ме по­ка­за­ны все воз­мож­ные на­бо­ры тем­пе­ра­ту­ры и дав­ле­ния, при ко­то­рых про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход. На нашем ри­сун­ке линия АО со­от­вет­ству­ет фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду лед-пар (и об­рат­но), линия ВО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду пар-жид­кость (и об­рат­но), линия СО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду жид­кость-лед (и об­рат­но). Со­от­вет­ствен­но, об­ла­сти I на диа­грам­ме со­от­вет­ству­ет твер­дое со­сто­я­ние воды, об­ла­сти II  — га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, а об­ла­сти III  — жид­кое со­сто­я­ние. Для того чтобы опре­де­лить, в каком со­сто­я­нии на­хо­дит­ся вода при дан­ных усло­ви­ях, нужно вы­яс­нить, в какой из этих об­ла­стей на диа­грам­ме лежит со­от­вет­ству­ю­щая точка. На­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре +70 °C и дав­ле­нии 0,2 атм. со­от­вет­ству­ю­щая точка 1 лежит на диа­грам­ме в об­ла­сти II, что со­от­вет­ству­ет га­зо­об­раз­но­му со­сто­я­нию. Также при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно опре­де­лять, какой фа­зо­вый пе­ре­ход будет со­вер­шать ве­ще­ство при из­ме­не­нии од­но­го из па­ра­мет­ров. На­при­мер, если при по­сто­ян­ном дав­ле­нии 1,3 атм. уве­ли­чи­вать тем­пе­ра­ту­ру от −50 °C до +40 °C, то вода будет пе­ре­хо­дить из твер­до­го со­сто­я­ния 2 в жид­кое со­сто­я­ние 3. На­ко­нец, при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно вы­яс­нить, как из­ме­ня­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра фа­зо­во­го пе­ре­хо­да при из­ме­не­нии дав­ле­ния. На­при­мер, из диа­грам­мы видно, что при по­вы­ше­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся (кри­вая ОВ).

Из фа­зо­вой диа­грам­мы видно, что линии АО, ВО и СО схо­дят­ся в одной точке О. Это озна­ча­ет, что при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, со­от­вет­ству­ю­щих точке О, три фазы воды (твер­дая, жид­кая и га­зо­об­раз­ная) могут од­но­вре­мен­но су­ще­ство­вать в рав­но­ве­сии друг с дру­гом. Точка О на­зы­ва­ет­ся трой­ной точ­кой.

Ве­ще­ства во­круг нас чаще всего на­хо­дят­ся в одном из трех ос­нов­ных аг­ре­гат­ных со­сто­я­ний  — твер­дом, жид­ком либо га­зо­об­раз­ном. При опре­де­лен­ных усло­ви­ях, своих для каж­до­го ве­ще­ства, воз­мож­ны пе­ре­хо­ды ве­ще­ства из од­но­го аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния в дру­гое. Аг­ре­гат­ные со­сто­я­ния ве­ще­ства часто на­зы­ва­ют фа­за­ми, а пе­ре­хо­ды между ними  — фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми. На­при­мер, вода при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. пе­ре­хо­дит из жид­кой фазы в твер­дую (при от­во­де теп­ло­ты) либо из твер­дой фазы в жид­кую (при под­во­де теп­ло­ты). При от­сут­ствии теп­ло­об­ме­на с окру­жа­ю­щи­ми те­ла­ми две фазы ве­ще­ства могут су­ще­ство­вать од­но­вре­мен­но (на­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре 0 °C и дав­ле­нии 1 атм. лед и вода могут на­хо­дить­ся в теп­ло­вом рав­но­ве­сии друг с дру­гом). Опыт по­ка­зы­ва­ет, что тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход, за­ви­сит от дав­ле­ния. На­при­мер, при по­ни­же­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды по­ни­жа­ет­ся, и по­это­му вы­со­ко в горах вода кипит при тем­пе­ра­ту­ре, мень­шей 100 °C.

Для того чтобы опре­де­лять, в какой фазе будет на­хо­дить­ся ве­ще­ство при дан­ных усло­ви­ях, а также на­хо­дить, как будут про­ис­хо­дить вза­им­ные пре­вра­ще­ния между фа­за­ми, ис­поль­зу­ют­ся спе­ци­аль­ные гра­фи­ки, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся фа­зо­вы­ми диа­грам­ма­ми. В ка­че­стве при­ме­ра на ри­сун­ке по­ка­за­на фа­зо­вая диа­грам­ма для воды.

Фа­зо­вая диа­грам­ма пред­став­ля­ет собой гра­фик, по го­ри­зон­таль­ной оси ко­то­ро­го от­ло­же­на тем­пе­ра­ту­ра t (в °С), а по вер­ти­каль­ной оси  — дав­ле­ние р (в атм.). Ли­ни­я­ми на диа­грам­ме по­ка­за­ны все воз­мож­ные на­бо­ры тем­пе­ра­ту­ры и дав­ле­ния, при ко­то­рых про­ис­хо­дит тот или иной фа­зо­вый пе­ре­ход. На нашем ри­сун­ке линия АО со­от­вет­ству­ет фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду лед-пар (и об­рат­но), линия ВО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду пар-жид­кость (и об­рат­но), линия СО  — фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду жид­кость-лед (и об­рат­но). Со­от­вет­ствен­но, об­ла­сти I на диа­грам­ме со­от­вет­ству­ет твер­дое со­сто­я­ние воды, об­ла­сти II  — га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, а об­ла­сти III  — жид­кое со­сто­я­ние. Для того чтобы опре­де­лить, в каком со­сто­я­нии на­хо­дит­ся вода при дан­ных усло­ви­ях, нужно вы­яс­нить, в какой из этих об­ла­стей на диа­грам­ме лежит со­от­вет­ству­ю­щая точка. На­при­мер, при тем­пе­ра­ту­ре +70 °C и дав­ле­нии 0,2 атм. со­от­вет­ству­ю­щая точка 1 лежит на диа­грам­ме в об­ла­сти II, что со­от­вет­ству­ет га­зо­об­раз­но­му со­сто­я­нию. Также при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно опре­де­лять, какой фа­зо­вый пе­ре­ход будет со­вер­шать ве­ще­ство при из­ме­не­нии од­но­го из па­ра­мет­ров. На­при­мер, если при по­сто­ян­ном дав­ле­нии 1,3 атм. уве­ли­чи­вать тем­пе­ра­ту­ру от −50 °C до +40 °C, то вода будет пе­ре­хо­дить из твер­до­го со­сто­я­ния 2 в жид­кое со­сто­я­ние 3. На­ко­нец, при по­мо­щи фа­зо­вой диа­грам­мы можно вы­яс­нить, как из­ме­ня­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра фа­зо­во­го пе­ре­хо­да при из­ме­не­нии дав­ле­ния. На­при­мер, из диа­грам­мы видно, что при по­вы­ше­нии дав­ле­ния тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся (кри­вая ОВ).

Из фа­зо­вой диа­грам­мы видно, что линии АО, ВО и СО схо­дят­ся в одной точке О. Это озна­ча­ет, что при тем­пе­ра­ту­ре и дав­ле­нии, со­от­вет­ству­ю­щих точке О, три фазы воды (твер­дая, жид­кая и га­зо­об­раз­ная) могут од­но­вре­мен­но су­ще­ство­вать в рав­но­ве­сии друг с дру­гом. Точка О на­зы­ва­ет­ся трой­ной точ­кой.

Не­об­хо­ди­мость в отоп­ле­нии воз­ник­ла в не­за­па­мят­ные вре­ме­на, од­но­вре­мен­но с тем, как люди на­учи­лись стро­ить для себя самые при­ми­тив­ные жи­ли­ща. Пер­вые жи­ли­ща отап­ли­ва­лись ко­стра­ми, потом их сме­ни­ли очаги, затем  — печи. В ходе тех­ни­че­ско­го про­грес­са си­сте­мы отоп­ле­ния по­сто­ян­но со­вер­шен­ство­ва­лись и улуч­ша­лись. Люди учи­лись при­ме­нять новые виды топ­ли­ва, при­ду­мы­ва­ли раз­ные кон­струк­ции ото­пи­тель­ных при­бо­ров, стре­ми­лись умень­шить рас­ход го­рю­че­го и сде­лать ра­бо­ту ото­пи­тель­ной си­сте­мы ав­то­ном­ной, не тре­бу­ю­щей по­сто­ян­но­го кон­тро­ля че­ло­ве­ка. В на­сто­я­щее время наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли си­сте­мы во­дя­но­го отоп­ле­ния, ко­то­рое при­ме­ня­ет­ся для обо­гре­ва как мно­го­квар­тир­ных домов в го­ро­дах, так и не­боль­ших зда­ний в сель­ской мест­но­сти. Прин­цип ра­бо­ты си­сте­мы во­дя­но­го отоп­ле­ния (см. рис.) удоб­но по­яс­нить на при­ме­ре ото­пи­тель­ной си­сте­мы не­боль­шо­го жи­ло­го дома.

Ис­точ­ни­ком теп­ло­ты для ото­пи­тель­ной си­сте­мы слу­жит печь 1, в ко­то­рой могут сго­рать раз­лич­ные виды ор­га­ни­че­ско­го топ­ли­ва  — дрова, торф, ка­мен­ный уголь, при­род­ный газ, неф­те­про­дук­ты и пр. Печь на­гре­ва­ет воду в котле 2. При на­гре­ва­нии вода рас­ши­ря­ет­ся и ее плот­ность умень­ша­ет­ся, в ре­зуль­та­те чего она под­ни­ма­ет­ся из котла вверх по вер­ти­каль­но­му глав­но­му сто­я­ку 3. В верх­ней части глав­но­го сто­я­ка рас­по­ло­жен име­ю­щий выход в ат­мо­сфе­ру рас­ши­ри­тель­ный бак 4, ко­то­рый не­об­хо­дим из-за того, что объем воды уве­ли­чи­ва­ет­ся при на­гре­ва­нии. От верх­ней части глав­но­го сто­я­ка от­хо­дит труба 5 («го­ря­чий тру­бо­про­вод»), по ко­то­ро­му вода по­да­ет­ся к ото­пи­тель­ным при­бо­рам  — ба­та­ре­ям 6, со­сто­я­щим из не­сколь­ких сек­ций каж­дая. После про­те­ка­ния через ба­та­реи остыв­шая вода по об­рат­но­му тру­бо­про­во­ду 7 вновь по­па­да­ет в котел, опять на­гре­ва­ет­ся и снова под­ни­ма­ет­ся по глав­но­му сто­я­ку. При наи­бо­лее про­стой од­но­труб­ной схеме все ба­та­реи со­еди­ня­ют­ся друг с дру­гом таким об­ра­зом, что все сек­ции ока­зы­ва­ют­ся па­рал­лель­но под­со­еди­нен­ны­ми к го­ря­че­му и к об­рат­но­му тру­бо­про­во­ду. По­сколь­ку вода при про­те­ка­нии через ба­та­реи по­сте­пен­но осты­ва­ет, для под­дер­жа­ния оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ры в раз­ных по­ме­ще­ни­ях в них де­ла­ют ба­та­реи с раз­ным чис­лом сек­ций (то есть с раз­ной пло­ща­дью по­верх­но­сти). В тех ком­на­тах, в ко­то­рые вода по­сту­па­ет рань­ше и по­это­му имеет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, ко­ли­че­ство сек­ций в ба­та­ре­ях де­ла­ют мень­ше, и на­о­бо­рот. Вода в такой ото­пи­тель­ной си­сте­ме цир­ку­ли­ру­ет ав­то­ма­ти­че­ски, до тех пор пока в печи горит топ­ли­во. Для того чтобы цир­ку­ля­ция была воз­мож­на, все го­ря­чие тру­бо­про­во­ды и об­рат­ные тру­бо­про­во­ды в си­сте­ме де­ла­ют либо вер­ти­каль­ны­ми, либо с не­боль­шим укло­ном в нуж­ную сто­ро­ну  — так, чтобы вода по ним шла от глав­но­го сто­я­ка об­рат­но к котлу под дей­стви­ем силы тя­же­сти («са­мо­те­ком»). Ско­рость цир­ку­ля­ции воды и сте­пень обо­гре­ва можно ре­гу­ли­ро­вать, умень­шая или уве­ли­чи­вая ко­ли­че­ство топ­ли­ва, сго­ра­ю­ще­го в печи в еди­ни­цу вре­ме­ни. Вода цир­ку­ли­ру­ет в ото­пи­тель­ных си­сте­мах та­ко­го типа тем лучше, чем боль­ше рас­сто­я­ние по вы­со­те между кот­лом и го­ря­чим тру­бо­про­во­дом. По­это­му печь с кот­лом ста­ра­ют­ся рас­по­ла­гать как можно ниже -обыч­но их ста­вят в под­ва­ле либо, при его от­сут­ствии, опус­ка­ют до уров­ня земли, а го­ря­чий тру­бо­про­вод про­во­дят по чер­да­ку.

Для нор­маль­ной ра­бо­ты ото­пи­тель­ной си­сте­мы очень важно, чтобы внут­ри нее не было воз­ду­ха. Для вы­пус­ка воз­душ­ных про­бок, ко­то­рые могут воз­ни­кать в тру­бах и в ба­та­ре­ях, слу­жат спе­ци­аль­ные воз­ду­хо­от­вод­чи­ки, ко­то­рые от­кры­ва­ют­ся при за­пол­не­нии си­сте­мы водой (на ри­сун­ке не по­ка­за­ны). Также на тру­бах в ниж­ней части си­сте­мы уста­нав­ли­ва­ют­ся краны 8, при по­мо­щи ко­то­рых из ото­пи­тель­ной си­сте­мы при не­об­хо­ди­мо­сти сли­ва­ет­ся вода.

Из­вест­но, что при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий  — тем­пе­ра­ту­ры или дав­ле­ния  — ве­ще­ство может из­ме­нять свое аг­ре­гат­ное со­сто­я­ние (пе­ре­хо­дить из га­зо­об­раз­ной формы в жид­кую, из жид­кой в твер­дую, либо из га­зо­об­раз­ной в твер­дую, и об­рат­но). Од­на­ко, как по­ка­зы­ва­ет опыт, воз­мо­жен и дру­гой тип пре­вра­ще­ния ве­ще­ства. Ве­ще­ство при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий может из­ме­нять какие-либо свои свой­ства, оста­ва­ясь при этом в преж­нем аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии. Такие из­ме­не­ния свойств ве­ще­ства на­зы­ва­ют фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми, и го­во­рят, что ве­ще­ство пе­ре­шло из одной фазы в дру­гую. Любое из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния, есте­ствен­но, яв­ля­ет­ся фа­зо­вым пе­ре­хо­дом. Об­рат­ное утвер­жде­ние не­вер­но. Таким об­ра­зом, фа­зо­вый пе­ре­ход  — более ши­ро­кое по­ня­тие, чем из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния.

Раз­ли­ча­ют два ос­нов­ных типа фа­зо­вых пе­ре­хо­дов. Их так и на­зы­ва­ют  — фа­зо­вый пе­ре­ход пер­во­го рода и фа­зо­вый пе­ре­ход вто­ро­го рода. При фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода скач­ком из­ме­ня­ют­ся плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия (при этом дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки также могут ме­нять­ся). По­след­нее озна­ча­ет, что при фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода вы­де­ля­ет­ся или по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та. При­ме­ра­ми фа­зо­во­го пе­ре­хо­да пер­во­го рода как раз могут слу­жить упо­мя­ну­тые выше из­ме­не­ния аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния ве­ще­ства. На­при­мер, при пре­вра­ще­нии воды в лед плот­ность ве­ще­ства умень­ша­ет­ся (ве­ще­ство рас­ши­ря­ет­ся) и вы­де­ля­ет­ся теп­ло­та за­мер­за­ния (рав­ная по мо­ду­лю теп­ло­те плав­ле­ния, по­гло­ща­ю­щей­ся при об­рат­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де). При этом умень­ша­ет­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства.

При фа­зо­вом пе­ре­хо­де вто­ро­го рода плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия оста­ют­ся не­из­мен­ны­ми, по­это­му такие пе­ре­хо­ды могут быть внеш­не не­за­мет­ны­ми. Зато скач­ко­об­раз­но из­ме­ня­ют­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства, его ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния и не­ко­то­рые дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки. При­ме­ра­ми фа­зо­вых пе­ре­хо­дов вто­ро­го рода могут слу­жить пе­ре­ход ме­тал­лов и спла­вов из обыч­но­го со­сто­я­ния в сверх­про­во­дя­щее, а также пе­ре­ход твер­дых ве­ществ из аморф­но­го со­сто­я­ния в стек­ло­об­раз­ное.

Ин­те­рес­ные при­ме­ры фа­зо­вых пе­ре­хо­дов пер­во­го рода на­блю­да­ют­ся у не­ко­то­рых ме­тал­лов. На­при­мер, если на­гре­вать же­ле­зо, то при до­сти­же­нии тем­пе­ра­ту­ры +917 °C про­ис­хо­дит пе­ре­строй­ка его кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки, в ре­зуль­та­те чего на­блю­да­ет­ся уве­ли­че­ние плот­но­сти ве­ще­ства и по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та фа­зо­во­го пе­ре­хо­да. Этот фа­зо­вый пе­ре­ход об­ра­тим  — при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры об­рат­но до +917 °C плот­ность же­ле­за, на­о­бо­рот, умень­ша­ет­ся, и про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние теп­ло­ты фа­зо­во­го пе­ре­хо­да.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды могут быть и не­об­ра­ти­мы­ми. Ярким при­ме­ром та­ко­го пе­ре­хо­да может слу­жить пре­вра­ще­ние так на­зы­ва­е­мо­го «бе­ло­го олова» в так на­зы­ва­е­мое «серое олово». При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре белое олово яв­ля­ет­ся пла­стич­ным ме­тал­лом. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до при­мер­но +13 °C оно на­чи­на­ет мед­лен­но пе­ре­хо­дить в дру­гое фа­зо­вое со­сто­я­ние  — серое олово  — в ко­то­ром олово су­ще­ству­ет в виде по­рош­ка. Фа­зо­вый пе­ре­ход про­ис­хо­дит с очень малой ско­ро­стью (то есть после по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ниже точки фа­зо­во­го пе­ре­хо­да олово все еще оста­ет­ся белым, но это со­сто­я­ние не­ста­биль­но). Од­на­ко фа­зо­вый пе­ре­ход резко уско­ря­ет­ся при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до –33 °C, а также при кон­так­те се­ро­го олова с белым оло­вом. По­сколь­ку при дан­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де про­ис­хо­дит рез­кое умень­ше­ние плот­но­сти (и уве­ли­че­ние объ­е­ма), то оло­вян­ные пред­ме­ты рас­сы­па­ют­ся в по­ро­шок, при­чем по­па­да­ние этого по­рош­ка на «не по­ра­жен­ные» пред­ме­ты при­во­дит к их быст­рой порче (пред­ме­ты как бы «за­ра­жа­ют­ся»). Вер­нуть серое олово в ис­ход­ное со­сто­я­ние воз­мож­но толь­ко путем его пе­ре­плав­ки.

Опи­сан­ное яв­ле­ние по­лу­чи­ло на­зва­ние «оло­вян­ная чума». Оно яви­лось ос­нов­ной при­чи­ной ги­бе­ли экс­пе­ди­ции Р. Ф. Скот­та к Юж­но­му по­лю­су в 1912 г. (экс­пе­ди­ция оста­лась без топ­ли­ва  — оно вы­тек­ло из баков, за­па­ян­ных оло­вом, ко­то­рое по­ра­зи­ла «оло­вян­ная чума»). Также су­ще­ству­ет ле­ген­да, со­глас­но ко­то­рой одной из при­чин не­уда­чи армии На­по­лео­на в Рос­сии яви­лись силь­ные зим­ние мо­ро­зы, ко­то­рые пре­вра­ти­ли в по­ро­шок оло­вян­ные пу­го­ви­цы на мун­ди­рах сол­дат. «Оло­вян­ная чума» по­гу­би­ла мно­гие цен­ней­шие кол­лек­ции оло­вян­ных сол­да­ти­ков. На­при­мер, в за­пас­ни­ках пе­тер­бург­ско­го музея Алек­сандра Су­во­ро­ва пре­вра­ти­лись в труху де­сят­ки фи­гу­рок  — в под­ва­ле, где они хра­ни­лись, во время су­ро­вой зимы лоп­ну­ли ба­та­реи отоп­ле­ния.

Из­вест­но, что при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий  — тем­пе­ра­ту­ры или дав­ле­ния  — ве­ще­ство может из­ме­нять свое аг­ре­гат­ное со­сто­я­ние (пе­ре­хо­дить из га­зо­об­раз­ной формы в жид­кую, из жид­кой в твер­дую, либо из га­зо­об­раз­ной в твер­дую, и об­рат­но). Од­на­ко, как по­ка­зы­ва­ет опыт, воз­мо­жен и дру­гой тип пре­вра­ще­ния ве­ще­ства. Ве­ще­ство при из­ме­не­нии внеш­них усло­вий может из­ме­нять какие-либо свои свой­ства, оста­ва­ясь при этом в преж­нем аг­ре­гат­ном со­сто­я­нии. Такие из­ме­не­ния свойств ве­ще­ства на­зы­ва­ют фа­зо­вы­ми пе­ре­хо­да­ми, и го­во­рят, что ве­ще­ство пе­ре­шло из одной фазы в дру­гую. Любое из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния, есте­ствен­но, яв­ля­ет­ся фа­зо­вым пе­ре­хо­дом. Об­рат­ное утвер­жде­ние не­вер­но. Таким об­ра­зом, фа­зо­вый пе­ре­ход  — более ши­ро­кое по­ня­тие, чем из­ме­не­ние аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния.

Раз­ли­ча­ют два ос­нов­ных типа фа­зо­вых пе­ре­хо­дов. Их так и на­зы­ва­ют  — фа­зо­вый пе­ре­ход пер­во­го рода и фа­зо­вый пе­ре­ход вто­ро­го рода. При фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода скач­ком из­ме­ня­ют­ся плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия (при этом дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки также могут ме­нять­ся). По­след­нее озна­ча­ет, что при фа­зо­вом пе­ре­хо­де пер­во­го рода вы­де­ля­ет­ся или по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та. При­ме­ра­ми фа­зо­во­го пе­ре­хо­да пер­во­го рода как раз могут слу­жить упо­мя­ну­тые выше из­ме­не­ния аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния ве­ще­ства. На­при­мер, при пре­вра­ще­нии воды в лед плот­ность ве­ще­ства умень­ша­ет­ся (ве­ще­ство рас­ши­ря­ет­ся) и вы­де­ля­ет­ся теп­ло­та за­мер­за­ния (рав­ная по мо­ду­лю теп­ло­те плав­ле­ния, по­гло­ща­ю­щей­ся при об­рат­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де). При этом умень­ша­ет­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства.

При фа­зо­вом пе­ре­хо­де вто­ро­го рода плот­ность ве­ще­ства и его внут­рен­няя энер­гия оста­ют­ся не­из­мен­ны­ми, по­это­му такие пе­ре­хо­ды могут быть внеш­не не­за­мет­ны­ми. Зато скач­ко­об­раз­но из­ме­ня­ют­ся удель­ная теп­ло­ем­кость ве­ще­ства, его ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­во­го рас­ши­ре­ния и не­ко­то­рые дру­гие ха­рак­те­ри­сти­ки. При­ме­ра­ми фа­зо­вых пе­ре­хо­дов вто­ро­го рода могут слу­жить пе­ре­ход ме­тал­лов и спла­вов из обыч­но­го со­сто­я­ния в сверх­про­во­дя­щее, а также пе­ре­ход твер­дых ве­ществ из аморф­но­го со­сто­я­ния в стек­ло­об­раз­ное.

Ин­те­рес­ные при­ме­ры фа­зо­вых пе­ре­хо­дов пер­во­го рода на­блю­да­ют­ся у не­ко­то­рых ме­тал­лов. На­при­мер, если на­гре­вать же­ле­зо, то при до­сти­же­нии тем­пе­ра­ту­ры +917 °C про­ис­хо­дит пе­ре­строй­ка его кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки, в ре­зуль­та­те чего на­блю­да­ет­ся уве­ли­че­ние плот­но­сти ве­ще­ства и по­гло­ща­ет­ся теп­ло­та фа­зо­во­го пе­ре­хо­да. Этот фа­зо­вый пе­ре­ход об­ра­тим  — при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры об­рат­но до +917 °C плот­ность же­ле­за, на­о­бо­рот, умень­ша­ет­ся, и про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние теп­ло­ты фа­зо­во­го пе­ре­хо­да.

Фа­зо­вые пе­ре­хо­ды могут быть и не­об­ра­ти­мы­ми. Ярким при­ме­ром та­ко­го пе­ре­хо­да может слу­жить пре­вра­ще­ние так на­зы­ва­е­мо­го «бе­ло­го олова» в так на­зы­ва­е­мое «серое олово». При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре белое олово яв­ля­ет­ся пла­стич­ным ме­тал­лом. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до при­мер­но +13 °C оно на­чи­на­ет мед­лен­но пе­ре­хо­дить в дру­гое фа­зо­вое со­сто­я­ние  — серое олово  — в ко­то­ром олово су­ще­ству­ет в виде по­рош­ка. Фа­зо­вый пе­ре­ход про­ис­хо­дит с очень малой ско­ро­стью (то есть после по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры ниже точки фа­зо­во­го пе­ре­хо­да олово все еще оста­ет­ся белым, но это со­сто­я­ние не­ста­биль­но). Од­на­ко фа­зо­вый пе­ре­ход резко уско­ря­ет­ся при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры до –33 °C, а также при кон­так­те се­ро­го олова с белым оло­вом. По­сколь­ку при дан­ном фа­зо­вом пе­ре­хо­де про­ис­хо­дит рез­кое умень­ше­ние плот­но­сти (и уве­ли­че­ние объ­е­ма), то оло­вян­ные пред­ме­ты рас­сы­па­ют­ся в по­ро­шок, при­чем по­па­да­ние этого по­рош­ка на «не по­ра­жен­ные» пред­ме­ты при­во­дит к их быст­рой порче (пред­ме­ты как бы «за­ра­жа­ют­ся»). Вер­нуть серое олово в ис­ход­ное со­сто­я­ние воз­мож­но толь­ко путем его пе­ре­плав­ки.

Опи­сан­ное яв­ле­ние по­лу­чи­ло на­зва­ние «оло­вян­ная чума». Оно яви­лось ос­нов­ной при­чи­ной ги­бе­ли экс­пе­ди­ции Р. Ф. Скот­та к Юж­но­му по­лю­су в 1912 г. (экс­пе­ди­ция оста­лась без топ­ли­ва  — оно вы­тек­ло из баков, за­па­ян­ных оло­вом, ко­то­рое по­ра­зи­ла «оло­вян­ная чума»). Также су­ще­ству­ет ле­ген­да, со­глас­но ко­то­рой одной из при­чин не­уда­чи армии На­по­лео­на в Рос­сии яви­лись силь­ные зим­ние мо­ро­зы, ко­то­рые пре­вра­ти­ли в по­ро­шок оло­вян­ные пу­го­ви­цы на мун­ди­рах сол­дат. «Оло­вян­ная чума» по­гу­би­ла мно­гие цен­ней­шие кол­лек­ции оло­вян­ных сол­да­ти­ков. На­при­мер, в за­пас­ни­ках пе­тер­бург­ско­го музея Алек­сандра Су­во­ро­ва пре­вра­ти­лись в труху де­сят­ки фи­гу­рок  — в под­ва­ле, где они хра­ни­лись, во время су­ро­вой зимы лоп­ну­ли ба­та­реи отоп­ле­ния.

В воз­ду­хе все­гда при­сут­ству­ют во­дя­ные пары, кон­цен­тра­ция ко­то­рых может быть раз­лич­ной. Опыт по­ка­зы­ва­ет, что кон­цен­тра­ция паров не может пре­вы­шать не­ко­то­ро­го мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния nmax (для каж­дой тем­пе­ра­ту­ры это зна­че­ние свое). Пары с кон­цен­тра­ци­ей, рав­ной n_max, на­зы­ва­ют­ся на­сы­щен­ны­ми. С ро­стом тем­пе­ра­ту­ры мак­си­маль­но воз­мож­ная кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров также рас­тет. От­но­ше­ние кон­цен­тра­ции n

во­дя­ных паров при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре к мак­си­маль­но воз­мож­ной кон­цен­тра­ции при той же тем­пе­ра­ту­ре на­зы­ва­ет­ся от­но­си­тель­ной влаж­но­стью, ко­то­рая обо­зна­ча­ет­ся бук­вой f. От­но­си­тель­ную влаж­ность

при­ня­то из­ме­рять в про­цен­тах. Из ска­зан­но­го сле­ду­ет, что f  =  (n/n_max) · 100%.

При этом от­но­си­тель­ная влаж­ность не может пре­вы­шать 100%.

Пусть при не­ко­то­рой тем­пе­ра­ту­ре t кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров в воз­ду­хе равна n, а от­но­си­тель­ная влаж­ность мень­ше, чем 100%. Если тем­пе­ра­ту­ра будет по­ни­жать­ся, то вме­сте с ней будет умень­шать­ся и ве­ли­чи­на nmax, а зна­чит, от­но­си­тель­ная влаж­ность будет уве­ли­чи­вать­ся. При не­ко­то­рой кри­ти­че­ской тем­пе­ра­ту­ре от­но­си­тель­ная влаж­ность до­стиг­нет зна­че­ния 100% (в этот мо­мент кон­цен­тра­ция во­дя­ных паров ста­нет мак­си­маль­но воз­мож­ной при дан­ной тем­пе­ра­ту­ре). По­это­му даль­ней­шее по­ни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры при­ве­дет к пе­ре­хо­ду во­дя­ных паров в жид­кое со­сто­я­ние  — в воз­ду­хе об­ра­зу­ют­ся капли ту­ма­на, а на пред­ме­тах вы­па­дут капли росы. По­это­му упо­мя­ну­тая выше кри­ти­че­ская тем­пе­ра­ту­ра на­зы­ва­ет­ся точ­кой росы (обо­зна­ча­ет­ся tр).

На из­ме­ре­нии точки росы ос­но­ва­но дей­ствие при­бо­ра для опре­де­ле­ния от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха  — кон­ден­са­ци­он­но­го гиг­ро­мет­ра. Он со­сто­ит из зер­каль­ца, ко­то­рое может охла­ждать­ся при по­мо­щи ка­ко­го-либо

устрой­ства, и точ­но­го тер­мо­мет­ра для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца. При по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры зер­каль­ца до точки росы на нем вы­па­да­ют капли жид­ко­сти. Ве­ли­чи­ну от­но­си­тель­ной влаж­но­сти воз­ду­ха опре­де­ля­ют по из­ме­рен­но­му зна­че­нию точки росы при по­мо­щи спе­ци­аль­ных таб­лиц.

Су­ще­ству­ет еще одна раз­но­вид­ность ту­ма­на  — ле­дя­ной туман. Он на­блю­да­ет­ся при тем­пе­ра­ту­рах ниже −(10 ÷ 15) °C и со­сто­ит из мел­ких кри­стал­ли­ков льда, ко­то­рые свер­ка­ют либо в лучах солн­ца, либо в свете луны или фо­на­рей. Осо­бен­но­стью ле­дя­но­го ту­ма­на яв­ля­ет­ся то, что он может на­блю­дать­ся и при от­но­си­тель­ной влаж­но­сти, мень­шей 100% (даже менее 50%). Усло­ви­ем воз­ник­но­ве­ния ле­дя­но­го ту­ма­на при низ­кой от­но­си­тель­ной влаж­но­сти яв­ля­ет­ся очень низ­кая тем­пе­ра­ту­ра (ниже −30 °C) и на­ли­чие обиль­ных ис­точ­ни­ков во­дя­но­го пара (на­при­мер, труб и сточ­ных во­до­е­мов

про­мыш­лен­ных пред­при­я­тий, печ­ных труб жилых по­ме­ще­ний, вы­хлоп­ных труб мощ­ных дви­га­те­лей внут­рен­не­го сго­ра­ния и т. п.). По­это­му ле­дя­ной туман при низ­кой влаж­но­сти на­блю­да­ет­ся в на­се­лен­ных пунк­тах, на круп­ных же­лез­но­до­рож­ных стан­ци­ях, на ак­тив­но дей­ству­ю­щих аэро­дро­мах и т. п.

Элек­три­че­ская дуга  — это один из видов га­зо­во­го раз­ря­да. По­лу­чить ее можно сле­ду­ю­щим об­ра­зом. В шта­ти­ве за­креп­ля­ют два уголь­ных стерж­ня за­ост­рен­ны­ми кон­ца­ми друг к другу и при­со­еди­ня­ют к ис­точ­ни­ку тока. Когда угли при­во­дят в со­при­кос­но­ве­ние, а затем слег­ка раз­дви­га­ют, между кон­ца­ми углей об­ра­зу­ет­ся яркое пламя, а сами угли рас­ка­ля­ют­ся до­бе­ла. Дуга горит устой­чи­во, если через нее про­хо­дит по­сто­ян­ный элек­три­че­ский ток. В этом слу­чае один элек­трод яв­ля­ет­ся все время по­ло­жи­тель­ным (анод), а дру­гой  — от­ри­ца­тель­ным (катод). Между элек­тро­да­ми на­хо­дит­ся столб рас­ка­лен­но­го газа, хо­ро­шо про­во­дя­ще­го элек­три­че­ство. По­ло­жи­тель­ный уголь, имея более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, сго­ра­ет быст­рее, и в нем об­ра­зу­ет­ся углуб­ле­ние  — по­ло­жи­тель­ный кра­тер. Тем­пе­ра­ту­ра кра­те­ра в воз­ду­хе при ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии до­хо­дит до 4000 °C.

Дуга может го­реть и между ме­тал­ли­че­ски­ми элек­тро­да­ми. При этом элек­тро­ды пла­вят­ся и быст­ро ис­па­ря­ют­ся, на что рас­хо­ду­ет­ся боль­шая энер­гия. По­это­му тем­пе­ра­ту­ра кра­те­ра ме­тал­ли­че­ско­го элек­тро­да обыч­но ниже, чем уголь­но­го (2000−2500 °C). При го­ре­нии дуги в газе при вы­со­ком дав­ле­нии (около 2·10⁶ Па) тем­пе­ра­ту­ру кра­те­ра уда­лось до­ве­сти до 5900 °C, т. е. до тем­пе­ра­ту­ры по­верх­но­сти Солн­ца. Столб газов или паров, через ко­то­рые идет раз­ряд, имеет еще более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру  — до 6000−7000 °C. По­это­му в стол­бе дуги пла­вят­ся и об­ра­ща­ют­ся в пар почти все из­вест­ные ве­ще­ства.

Для под­дер­жа­ния ду­го­во­го раз­ря­да нужно не­боль­шое на­пря­же­ние, дуга горит при на­пря­же­нии на ее элек­тро­дах 40 В. Сила тока в дуге до­воль­но зна­чи­тель­на, а со­про­тив­ле­ние не­ве­ли­ко; сле­до­ва­тель­но, све­тя­щий­ся га­зо­вый столб хо­ро­шо про­во­дит элек­три­че­ский ток. Иони­за­цию мо­ле­кул газа в про­стран­стве между элек­тро­да­ми вы­зы­ва­ют сво­и­ми уда­ра­ми элек­тро­ны, ис­пус­ка­е­мые ка­то­дом дуги. Боль­шое ко­ли­че­ство ис­пус­ка­е­мых элек­тро­нов обес­пе­чи­ва­ет­ся тем, что катод на­грет до очень вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры. Когда для за­жи­га­ния дуги вна­ча­ле угли при­во­дят в со­при­кос­но­ве­ние, то в месте кон­так­та, об­ла­да­ю­щем очень боль­шим со­про­тив­ле­ни­ем, вы­де­ля­ет­ся огром­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты. По­это­му концы углей силь­но разо­гре­ва­ют­ся, и этого до­ста­точ­но для того, чтобы при их раз­дви­же­нии между ними вспых­ну­ла дуга. В даль­ней­шем катод дуги под­дер­жи­ва­ет­ся в на­ка­лен­ном со­сто­я­нии самим током, про­хо­дя­щим через дугу.

Возь­мем в руки кусок са­ха­ра и кос­нем­ся им по­верх­но­сти ки­пят­ка. Ки­пя­ток втя­нет­ся в сахар и дой­дет до наших паль­цев. Од­на­ко мы не по­чув­ству­ем ожога, как по­чув­ство­ва­ли бы, если бы вме­сто са­ха­ра был кусок ваты. Это на­блю­де­ние по­ка­зы­ва­ет, что рас­тво­ре­ние са­ха­ра со­про­вож­да­ет­ся охла­жде­ни­ем рас­тво­ра. Если бы мы хо­те­ли со­хра­нить тем­пе­ра­ту­ру рас­тво­ра не­из­мен­ной, то долж­ны были бы под­во­дить к рас­тво­ру энер­гию. От­сю­да сле­ду­ет, что при рас­тво­ре­нии са­ха­ра внут­рен­няя энер­гия си­сте­мы сахар-вода уве­ли­чи­ва­ет­ся.

То же самое про­ис­хо­дит при рас­тво­ре­нии боль­шин­ства дру­гих кри­стал­ли­че­ских ве­ществ. Во всех по­доб­ных слу­ча­ях внут­рен­няя энер­гия рас­тво­ра боль­ше, чем внут­рен­няя энер­гия взя­тых в от­дель­но­сти кри­стал­ла и рас­тво­ри­те­ля при той же тем­пе­ра­ту­ре.

В при­ме­ре с са­ха­ром не­об­хо­ди­мое для его рас­тво­ре­ния ко­ли­че­ство теп­ло­ты от­да­ет ки­пя­ток, охла­жде­ние ко­то­ро­го за­мет­но даже по не­по­сред­ствен­но­му ощу­ще­нию.

Если рас­тво­ре­ние про­ис­хо­дит в воде при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре, то тем­пе­ра­ту­ра по­лу­чив­шей­ся смеси в не­ко­то­рых слу­ча­ях может ока­зать­ся даже ниже 0 °C, хотя смесь и оста­ет­ся жид­кой, по­сколь­ку тем­пе­ра­ту­ра за­сты­ва­ния рас­тво­ра может быть зна­чи­тель­но ниже нуля. Этот эф­фект ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния силь­но охла­жден­ных сме­сей из снега и раз­лич­ных солей.

Снег, на­чи­ная таять при 0 °C, пре­вра­ща­ет­ся в воду, в ко­то­рой рас­тво­ря­ет­ся соль; не­смот­ря на по­ни­же­ние тем­пе­ра­ту­ры, со­про­вож­да­ю­щее рас­тво­ре­ние, по­лу­чив­ша­я­ся смесь не за­твер­де­ва­ет. Снег, сме­шан­ный с этим рас­тво­ром, про­дол­жа­ет таять, за­би­рая энер­гию от рас­тво­ра и, со­от­вет­ствен­но, охла­ждая его. Про­цесс может про­дол­жать­ся до тех пор, пока не будет до­стиг­ну­та тем­пе­ра­ту­ра за­мер­за­ния по­лу­чен­но­го рас­тво­ра. Смесь снега и по­ва­рен­ной соли в от­но­ше­нии 2 : 1 поз­во­ля­ет, таким об­ра­зом, по­лу­чить охла­жде­ние до −21 °C; смесь снега с хло­ри­стым каль­ци­ем (СаСl₂) в от­но­ше­нии 7 : 10 — до −50 °C.

Еже­днев­но мы на­блю­да­ем, как вода и ее пар пе­ре­хо­дят друг в друга. Лужи на ас­фаль­те после дождя вы­сы­ха­ют, а во­дя­ной пар в воз­ду­хе по утрам часто пре­вра­ща­ет­ся в мель­чай­шие ка­пель­ки ту­ма­на.

Что про­изой­дет, если сосуд с не­ко­то­рым объ­е­мом жид­ко­сти за­крыть крыш­кой? Каж­дую се­кун­ду по­верх­ность жид­ко­сти по-преж­не­му будут по­ки­дать самые быст­рые мо­ле­ку­лы, ее масса будет умень­шать­ся, а кон­цен­тра­ция мо­ле­кул пара – уве­ли­чи­вать­ся. Од­но­вре­мен­но с этим в жид­кость из пара будет воз­вра­щать­ся часть его мо­ле­кул, и чем боль­ше будет кон­цен­тра­ция пара, тем ин­тен­сив­ней будет про­цесс кон­ден­са­ции. На­ко­нец на­сту­пит такое со­сто­я­ние, когда число мо­ле­кул, воз­вра­ща­ю­щих­ся в жид­кость в еди­ни­цу вре­ме­ни, в сред­нем ста­нет рав­ным числу мо­ле­кул, по­ки­да­ю­щих ее за это время. Такое со­сто­я­ние на­зы­ва­ют ди­на­ми­че­ским рав­но­ве­си­ем, а со­от­вет­ству­ю­щий пар  — на­сы­щен­ным паром.

Дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара за­ви­сит от вида жид­ко­сти и тем­пе­ра­ту­ры. Чем тя­же­лее ото­рвать мо­ле­ку­лы жид­ко­сти друг от друга, тем мень­ше будет дав­ле­ние ее на­сы­щен­но­го пара. За­ви­си­мость дав­ле­ния на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара от тем­пе­ра­ту­ры пред­став­ле­на на ри­сун­ке.

За­ви­си­мость дав­ле­ния на­сы­щен­но­го во­дя­но­го пара от тем­пе­ра­ту­ры

Ки­пе­ни­ем на­зы­ва­ет­ся про­цесс об­ра­зо­ва­ния боль­шо­го числа пу­зырь­ков пара, про­ис­хо­дя­щий по всему объ­е­му жид­ко­сти и на ее по­верх­но­сти при на­гре­ва­нии. На самом деле эти пу­зырь­ки при­сут­ству­ют в жид­ко­сти все­гда, но их раз­ме­ры рас­тут и они ста­но­вят­ся за­мет­ны толь­ко при ки­пе­нии. Пу­зырь­ки рас­ши­ря­ют­ся и под дей­стви­ем вы­тал­ки­ва­ю­щей силы Ар­хи­ме­да от­ры­ва­ют­ся от дна, всплы­ва­ют и ло­па­ют­ся на по­верх­но­сти.

Ки­пе­ние на­чи­на­ет­ся при той тем­пе­ра­ту­ре, когда пу­зырь­ки газа имеют воз­мож­ность рас­ши­рять­ся, а это про­ис­хо­дит, если дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара вы­рас­тет до ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния. Таким об­ра­зом, тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния  — это тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой дав­ле­ние на­сы­щен­но­го пара дан­ной жид­ко­сти равно ат­мо­сфер­но­му дав­ле­нию (дав­ле­нию над по­верх­но­стью жид­ко­сти).

Между дав­ле­ни­ем и точ­кой за­мер­за­ния (плав­ле­ния) воды на­блю­да­ет­ся ин­те­рес­ная за­ви­си­мость (см. таб­ли­цу).

С по­вы­ше­ни­ем дав­ле­ния до 2200 ат­мо­сфер тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния па­да­ет: с уве­ли­че­ни­ем дав­ле­ния на каж­дую ат­мо­сфе­ру она по­ни­жа­ет­ся при­мер­но на 0,0075 °С. При даль­ней­шем уве­ли­че­нии дав­ле­ния точка за­мер­за­ния воды на­чи­на­ет расти: при дав­ле­нии 20 670 ат­мо­сфер вода за­мер­за­ет при 76 °С. В этом слу­чае будет на­блю­дать­ся го­ря­чий лед.

При нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии объем воды при за­мер­за­нии вне­зап­но воз­рас­та­ет при­мер­но на 11%. В за­мкну­том про­стран­стве такой про­цесс при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию из­бы­точ­но­го дав­ле­ния до 2500 атм. Вода, за­мер­зая, раз­ры­ва­ет гор­ные по­ро­ды, дро­бит мно­го­тон­ные глыбы.

В 1850 г ан­глий­ский физик М. Фа­ра­дей об­на­ру­жил, что два влаж­ных куска льда при 0 °С, бу­дучи при­жа­ты друг к другу, проч­но со­еди­ня­ют­ся или смер­за­ют­ся. Од­на­ко, по Фа­ра­дею, этот эф­фект не на­блю­дал­ся с су­хи­ми кус­ка­ми льда при тем­пе­ра­ту­ре ниже 0 °С. Позже он на­звал это яв­ле­ние ре­же­ля­ци­ей.

В 1871 г ан­гли­ча­нин Дж.-Т. Бот­том­ли про­де­мон­стри­ро­вал по­доб­ное яв­ле­ние на дру­гом опыте. По­ста­вив на два стол­би­ка ле­дя­ной бру­сок и пе­ре­ки­нув через него тон­кую сталь­ную про­во­ло­ку (диа­мет­ром 0,2 мм), к ко­то­рой был под­ве­шен груз мас­сой около 1 кг (рис. а), Бот­том­ли на­блю­дал при тем­пе­ра­ту­ре чуть выше нуля, как в те­че­ние не­сколь­ких часов про­во­ло­ка про­ре­за­ла лед и груз упал. При этом ле­дя­ной бру­сок остал­ся целым и не­вре­ди­мым, и лишь там, где про­хо­ди­ла про­во­ло­ка, об­ра­зо­вал­ся тон­кий слой не­про­зрач­но­го льда. Если бы мы в те­че­ние этих часов не­пре­рыв­но на­блю­да­ли за про­во­ло­кой, то уви­де­ли бы, как по­сте­пен­но она опус­ка­ет­ся, как бы раз­ре­зая лед (рис. б, в, г), при этом выше про­во­ло­ки ни­ка­ко­го раз­ре­за не оста­ет­ся  — бру­сок ока­зы­ва­ет­ся мо­но­лит­ным.

Дол­гое время ду­ма­ли, что лед под лез­ви­я­ми конь­ков тает по­то­му, что ис­пы­ты­ва­ет силь­ное дав­ле­ние, тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда по­ни­жа­ет­ся, и лед пла­вит­ся. Од­на­ко рас­че­ты по­ка­зы­ва­ют, что че­ло­век мас­сой 60 кг, стоя на конь­ках, ока­зы­ва­ет на лед дав­ле­ние, при ко­то­ром тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда под конь­ка­ми умень­ша­ет­ся при­мер­но на 0,1 °С, что явно не­до­ста­точ­но для ка­та­ния, на­при­мер, при –10 °С.

Изу­че­ние пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы ме­ня­ло взгляд че­ло­ве­ка на мир во­круг него и по­ни­ма­ние места Земли во Все­лен­ной.

Ис­то­рия наших зна­ний о Мер­ку­рии ухо­дит кор­ня­ми в глу­бо­кую древ­ность, по сути это одна из пер­вых пла­нет, из­вест­ных че­ло­ве­че­ству. Мер­ку­рий на­блю­да­ли еще в древ­нем Шу­ме­ре, одной из пер­вых раз­ви­тых ци­ви­ли­за­ций на Земле. Про­ис­хож­де­ние на­зва­ния пла­не­ты идет от рим­лян, ко­то­рые на­зва­ли пла­не­ту в честь ан­тич­но­го бога Мер­ку­рия (в гре­че­ском ва­ри­ан­те Гер­ме­са), по­кро­ви­те­ля тор­гов­ли, ре­ме­сел, а также по­слан­ца дру­гих олим­пий­ских богов. С чем свя­за­на такая ас­со­ци­а­ция? Год на пла­не­те длит­ся всего 88 дней, Мер­ку­рий  — самая быст­рая пла­не­та.

Мер­ку­рий  — это бли­жай­шая к Солн­цу и самая ма­лень­кая пла­не­та Сол­неч­ной си­сте­мы. Не­ко­то­рые ха­рак­те­ри­сти­ки пла­не­ты пред­став­ле­ны в таб­ли­це.

Сни­мок по­верх­но­сти Мер­ку­рия, сде­лан­ный с

ис­сле­до­ва­тель­ско­го зонда «Мес­сен­джер»

При про­ле­те мимо Мер­ку­рия кос­ми­че­ско­го ап­па­ра­та «Ма­ри­нер-10», за­пу­щен­но­го в 1973 году, было уста­нов­ле­но на­ли­чие у пла­не­ты пре­дель­но раз­ре­жен­ной ат­мо­сфе­ры, дав­ле­ние ко­то­рой в 5 · 10¹¹ раз мень­ше дав­ле­ния зем­ной ат­мо­сфе­ры. В таких усло­ви­ях атомы чаще стал­ки­ва­ют­ся с по­верх­но­стью пла­не­ты, чем друг с дру­гом. Ат­мо­сфе­ру со­став­ля­ют атомы, за­хва­чен­ные из сол­неч­но­го ветра или вы­би­тые сол­неч­ным вет­ром с по­верх­но­сти,  — гелий, на­трий, кис­ло­род, калий, аргон, во­до­род. Име­ю­щей­ся у Мер­ку­рия гра­ви­та­ции не­до­ста­точ­но для под­дер­жа­ния плот­ной ат­мо­сфе­ры.

По­верх­ность Мер­ку­рия ис­пещ­ре­на удар­ны­ми кра­те­ра­ми от воз­дей­ствия ме­тео­ри­тов и комет и на­по­ми­на­ет по­верх­ность Луны (см. фото).

Вто­рая по уда­лен­но­сти от Солн­ца пла­не­та в Сол­неч­ной си­сте­ме, Ве­не­ра  — самая яркая из пла­нет, на­блю­да­е­мых с Земли. По этой при­чи­не ее изу­ча­ли с не­за­па­мят­ных вре­мен: пер­вые за­пи­си о ней по­яви­лись еще у ва­ви­ло­нян. Рим­ля­не ви­де­ли в Ве­не­ре бо­ги­ню кра­со­ты, а майя счи­та­ли, что пла­не­та яв­ля­ет­ся бра­том Солн­ца. В 1610 году Га­ли­лео Га­ли­лей на­блю­дал фазы Ве­не­ры, под­твер­див, что пла­не­та дей­стви­тель­но вра­ща­ет­ся во­круг Солн­ца. Из-за плот­ной ат­мо­сфе­ры пла­не­ты на­блю­де­ния ее по­верх­но­сти дол­гое время были не­воз­мож­ны.

С 1960-х гг. на­ча­лись ис­сле­до­ва­ния пла­не­ты с по­мо­щью кос­ми­че­ских зон­дов. Пер­вая по­пыт­ка, со­вет­ский зонд «Ве­не­ра-1», была пред­при­ня­та в 1961 году и не увен­ча­лась успе­хом. Новый зонд «Ве­не­ра-4» успеш­но до­стиг Ве­не­ры и от­пра­вил об­рат­но ин­фор­ма­цию об ат­мо­сфе­ре пла­не­ты, пре­жде чем сго­реть дотла во время входа в ат­мо­сфе­ру. Пер­вым кос­ми­че­ским ап­па­ра­том, со­вер­шив­шим успеш­ную по­сад­ку на по­верх­ность Ве­не­ры, стала со­вет­ская ав­то­ма­ти­че­ская меж­пла­нет­ная стан­ция «Ве­не­ра-7». Ока­за­лось, что под плот­ной ат­мо­сфе­рой пла­не­ты скры­ва­ет­ся на­сто­я­щий ад: сред­няя тем­пе­ра­ту­ра на по­верх­но­сти этого не­бес­но­го тела со­став­ля­ет при­мер­но 460 °C, что де­ла­ет пла­не­ту самым го­ря­чим объ­ек­том Сол­неч­ной си­сте­мы. Ат­мо­сфе­ра Ве­не­ры со­сто­ит глав­ным об­ра­зом из уг­ле­кис­ло­го газа и азота. По­верх­ность пла­не­ты плот­но скры­ва­ют об­ла­ка сер­ной кис­ло­ты. Ско­рость вра­ще­ния ат­мо­сфе­ры Ве­не­ры в более чем 60 раз быст­рее ско­ро­сти вра­ще­ния пла­не­ты. Ско­рость ветра на Ве­не­ре до­сти­га­ет 360 км/ч. На­прав­ле­ние вра­ще­ния Ве­не­ры во­круг своей оси про­ти­во­по­лож­но на­прав­ле­нию вра­ще­ния всех (кроме Урана) пла­нет Сол­неч­ной си­сте­мы.

Не­ко­то­рые ха­рак­те­ри­сти­ки пла­не­ты пред­став­ле­ны в таб­ли­це.

Не­смот­ря на от­но­си­тель­ную бли­зость пла­не­ты, мы знаем се­год­ня о Ве­не­ре мень­ше, чем о дру­гих пла­не­тах зем­ной груп­пы. От­ча­сти это про­ис­хо­дит по­то­му, что для ис­сле­до­ва­ния ат­мо­сфе­ры и по­верх­но­сти пла­не­ты ис­сле­до­ва­те­ли нуж­да­ют­ся в вы­со­ко­проч­ном обо­ру­до­ва­нии и пер­во­класс­ной тех­ни­ке, спо­соб­ной вы­дер­жать не толь­ко вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру на пла­не­те, но и ко­лос­саль­ное ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние, ко­то­рое у по­верх­но­сти при­мер­но в 90 раз боль­ше зем­но­го.

Су­ще­ству­ет ги­по­те­за, что в какой-то мо­мент в про­шлом на Ве­не­ре было го­раз­до боль­ше воды, чем пред­по­ла­га­ет се­год­ня ее сухая ат­мо­сфе­ра  — воз­мож­но, там были даже оке­а­ны. Но по мере того, как Солн­це ста­но­ви­лось все го­ря­чее и ярче, тем­пе­ра­ту­ра по­верх­но­сти Ве­не­ры по­вы­ша­лась, ис­па­ряя все оке­а­ны и моря и по­вы­шая пар­ни­ко­вый эф­фект.

В 2011 году во время съе­мок ком­па­ни­ей Би-би-си цикла пе­ре­дач «За­мерз­шая пла­не­та» опе­ра­то­рам впер­вые уда­лось за­до­ку­мен­ти­ро­вать очень ин­те­рес­ный про­цесс: в толще оке­а­ни­че­ских вод Ан­тарк­ти­ки под ле­дя­ным по­кро­вом на­чи­на­ет фор­ми­ро­вать­ся и расти вниз ко дну мор­ская со­суль­ка (брай­никл).

В том слу­чае, если брай­ник­лу уда­ет­ся до­стичь дна, он про­дол­жа­ет раз­рас­тать­ся в сто­ро­ну по­ни­же­ния уров­ня по­верх­но­сти дна (рис. 1). При этом он спо­со­бен убить все живое на своем пути (мор­ских звезд и ежей, рыб, во­до­рос­ли). Имен­но по этой при­чи­не его еще на­зы­ва­ют «ле­дя­ным паль­цем смер­ти».

Воз­ник­но­ве­ние этого при­род­но­го фе­но­ме­на воз­мож­но толь­ко в ле­дя­ных водах у по­лю­сов. Когда по­верх­ность со­ле­ной воды за­мер­за­ет, ме­ня­ет­ся со­став и кон­цен­тра­ция соли в воде под ле­дя­ной кор­кой. При об­ра­зо­ва­нии льда из него вы­тес­ня­ет­ся прак­ти­че­ски вся соль. Таким об­ра­зом, вода подо льдом ста­но­вит­ся более со­ле­ной и плот­ной. По­вы­шен­ная кон­цен­тра­ция соли по­ни­жа­ет тем­пе­ра­ту­ру за­мер­за­ния воды (рис. 2) и уве­ли­чи­ва­ет ее плот­ность. В ре­зуль­та­те тя­же­лый со­ле­вой рас­твор на­чи­на­ет опус­кать­ся вниз (то­нуть). Нис­хо­дя­щий поток со­ле­во­го рас­тво­ра, име­ю­щий экс­тре­маль­но хо­лод­ную тем­пе­ра­ту­ру, при­во­дит к за­мер­за­нию менее со­ле­ной окру­жа­ю­щей воды и об­ра­зо­ва­нию ле­дя­но­го ка­на­ла в виде труб­ки.

По­ри­стый лед брай­ник­ла имеет труб­ча­тую струк­ту­ру. По­это­му его нель­зя срав­нить с более плот­ным льдом, об­ра­зо­вав­шим­ся из прес­ной воды.

В на­гре­тых телах часть внут­рен­ней энер­гии ве­ще­ства может пре­вра­щать­ся в энер­гию из­лу­че­ния. По­это­му на­гре­тые тела яв­ля­ют­ся ис­точ­ни­ка­ми элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния в ши­ро­ком диа­па­зо­не ча­стот. Это из­лу­че­ние на­зы­ва­ют теп­ло­вым из­лу­че­ни­ем.

Экс­пе­ри­мен­ты по­ка­зы­ва­ют, что теп­ло­вое из­лу­че­ние имеет не­пре­рыв­ный спектр. Раз­де­ле­ние энер­гии из­лу­че­ния тела по спек­тру за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры тела. При этом для всех тел с уве­ли­че­ни­ем тем­пе­ра­ту­ры мак­си­мум энер­гии из­лу­че­ния сме­ща­ет­ся в ко­рот­ко­вол­но­вый уча­сток спек­тра, а общая энер­гия из­лу­че­ния воз­рас­та­ет. На ри­сун­ке пред­став­лен гра­фик ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния не­ко­то­ро­го тела по мере его на­гре­ва­ния.

Прин­цип ра­бо­ты ин­фра­крас­но­го тер­мо­мет­ра (пи­ро­мет­ра) за­клю­ча­ет­ся в из­ме­ре­нии ин­тен­сив­но­сти теп­ло­во­го из­лу­че­ния тела в за­ви­си­мо­сти от его тем­пе­ра­ту­ры.

Ин­фра­крас­ный тер­мо­метр поз­во­ля­ет из­ме­рять тем­пе­ра­ту­ру быст­ро, без не­по­сред­ствен­но­го кон­так­та с телом. Но при из­ме­ре­нии тем­пе­ра­ту­ры важно учи­ты­вать ко­эф­фи­ци­ент из­лу­че­ния тела. Раз­ные ма­те­ри­а­лы в за­ви­си­мо­сти от цвета, ма­то­вой или зер­каль­ной по­верх­но­сти по-раз­но­му из­лу­ча­ют тепло. Ко­эф­фи­ци­ент из­лу­че­ния ма­те­ри­а­ла  — это со­от­но­ше­ние энер­гии, из­лу­ча­е­мой по­верх­но­стью ма­те­ри­а­ла к энер­гии из­лу­че­ния аб­со­лют­но чер­но­го объ­ек­та при рав­ной тем­пе­ра­ту­ре. Для аб­со­лют­но чер­ных тел этот ко­эф­фи­ци­ент равен 1. Для осталь­ных же ма­те­ри­а­лов этот ко­эф­фи­ци­ент мень­ше. В пи­ро­мет­рах обыч­но стоит фик­си­ро­ван­ный ко­эф­фи­ци­ент из­лу­че­ния, рав­ный 0,95. Для боль­шин­ства из­ме­ря­е­мых ма­те­ри­а­лов он по­дой­дет, но при су­ще­ствен­но мень­ших ко­эф­фи­ци­ен­тах из­лу­че­ния тел из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры ока­жут­ся не­точ­ны­ми.

При со­при­кос­но­ве­нии жид­ко­сти с по­верх­но­стью твер­до­го тела или дру­гой жид­ко­сти воз­ни­ка­ет яв­ле­ние сма­чи­ва­ния. Если из пи­пет­ки кап­нуть воду на раз­лич­ные по­верх­но­сти, то можно на­блю­дать, как вода рас­те­ка­ет­ся по чи­сто­му стек­лу или де­ре­ву, но со­би­ра­ет­ся в капли на па­ра­фи­не или «жир­ной» по­верх­но­сти.

Сте­пень сма­чи­ва­ния ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния (θ), об­ра­зо­ван­но­го по­верх­но­стью твер­до­го тела с ка­са­тель­ной, про­ве­ден­ной к по­верх­но­сти жид­ко­сти из точки ее со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью (ри­су­нок 1).

Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла мень­ше или равна 90° (угол ост­рый), то про­ис­хо­дит сма­чи­ва­ние жид­ко­стью твер­дой по­верх­но­сти. Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла боль­ше 90° (угол тупой), то твер­дая по­верх­ность не сма­чи­ва­ет­ся жид­ко­стью.

Из-за сма­чи­ва­ния на­блю­да­ет­ся ис­крив­ле­ние сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти в со­су­дах по линии со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью со­су­да (ри­су­нок 2).

Зна­че­ния кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния θ для не­ко­то­рых со­че­та­ний «жид­кость  — твер­дое ве­ще­ство» при­ве­де­ны в таб­ли­це.

Чи­стая руда почти ни­ко­гда не встре­ча­ет­ся в при­ро­де. Как пра­ви­ло, по­лез­ное ис­ко­па­е­мое пе­ре­ме­ша­но с «пу­стой», не­нуж­ной гор­ной по­ро­дой. Про­цесс от­де­ле­ния пу­стой по­ро­ды от по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го на­зы­ва­ют обо­га­ще­ни­ем руды.

Для обо­га­ще­ния руды можно ис­поль­зо­вать яв­ле­ние сма­чи­ва­ния (см. ри­су­нок).

Спо­соб обо­га­ще­ния руды, ос­но­ван­ный на яв­ле­нии сма­чи­ва­ния, на­зы­ва­ет­ся фло­та­ци­ей. Сущ­ность фло­та­ции со­сто­ит в сле­ду­ю­щем. Раз­дроб­лен­ная в мел­кий по­ро­шок руда взбал­ты­ва­ет­ся в воде. Туда же до­бав­ля­ет­ся не­боль­шое ко­ли­че­ство ве­ще­ства, об­ла­да­ю­ще­го спо­соб­но­стью сма­чи­вать одну из под­ле­жа­щих раз­де­ле­нию ча­стей, на­при­мер кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го, и не сма­чи­вать дру­гую часть  — кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды. Обыч­но при­ме­ня­ют какое-ни­будь масло. В ре­зуль­та­те пе­ре­ме­ши­ва­ния кру­пи­цы по­лез­но­го ис­ко­па­е­мо­го об­во­ла­ки­ва­ют­ся тон­кой плен­кой масла, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды оста­ют­ся сво­бод­ны­ми. В по­лу­чив­шу­ю­ся смесь очень мел­ки­ми пор­ци­я­ми вду­ва­ют воз­дух. Пу­зырь­ки воз­ду­ха, при­шед­шие в со­при­кос­но­ве­ние с кру­пи­цей по­лез­ной по­ро­ды, по­кры­той слоем масла и по­то­му не сма­чи­ва­е­мой водой, при­ли­па­ют к ней.

Кру­пи­цы по­лез­ной руды с пу­зырь­ка­ми воз­ду­ха под­ни­ма­ют­ся вверх, а кру­пи­цы пу­стой по­ро­ды опус­ка­ют­ся вниз. Таким об­ра­зом, про­ис­хо­дит более или менее пол­ное от­де­ле­ние пу­стой по­ро­ды, и по­лу­ча­ет­ся кон­цен­трат, бо­га­тый по­лез­ной рудой.

Такое свой­ство грун­та, как его про­мер­за­ние,  — важ­ный фак­тор, ко­то­рый сле­ду­ет учи­ты­вать при воз­ве­де­нии но­во­го жи­ло­го или про­мыш­лен­но­го зда­ния. Ско­рость и глу­би­на про­мер­за­ния грун­та за­ви­сят от мно­гих со­став­ля­ю­щих: от са­мо­го типа грун­та (см. таб­ли­цу); его влаж­но­сти; зна­че­ний от­ри­ца­тель­ных тем­пе­ра­тур; на­ли­чия сне­го­во­го по­кро­ва и др.

Для функ­ци­о­ни­ро­ва­ния во­до­про­во­да в зим­нее время трубы укла­ды­ва­ют в грунт ниже уров­ня про­мер­за­ния земли. Трубы, как пра­ви­ло, утеп­ля­ют под­стил­кой из песка или по­ли­про­пи­ле­но­вы­ми чех­ла­ми. Од­на­ко все­гда су­ще­ству­ет уча­сток во­до­про­во­да, под­во­дя­щий воду не­по­сред­ствен­но в дом и нуж­да­ю­щий­ся в до­пол­ни­тель­ной за­щи­те от про­мер­за­ния. Одно из ре­ше­ний в этом слу­чае  — ис­поль­зо­ва­ние на этом участ­ке во­до­про­во­да спе­ци­аль­но­го ка­бе­ля, ко­то­рый по­ме­ща­ет­ся в трубу и по­до­гре­ва­ет на этом участ­ке воду.

Можно со­здать усло­вия, при ко­то­рых пар, жид­кость и твер­дое со­сто­я­ние од­но­го ве­ще­ства по­пар­но со­су­ще­ству­ют, на­хо­дясь в рав­но­ве­сии. Могут ли на­хо­дить­ся в рав­но­ве­сии сразу все три аг­ре­гат­ных со­сто­я­ния? Такая точка на диа­грам­ме «дав­ле­ние  — тем­пе­ра­ту­ра» (см. ри­су­нок) су­ще­ству­ет. Ее на­зы­ва­ют трой­ной точ­кой.

Если по­ме­стить в за­кры­тый сосуд, в ко­то­ром со­здан ва­ку­ум и под­дер­жи­ва­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра  воду с пла­ва­ю­щим льдом, то в сво­бод­ное про­стран­ство нач­нут по­сту­пать во­дя­ные (и «ле­дя­ные») пары.

При дав­ле­нии 4,6 мм рт. ст. на­сту­пит со­сто­я­ние ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия, когда ко­ли­че­ство ис­па­рив­ших­ся воды и льда равно ко­ли­че­ству скон­ден­си­ро­вав­ше­го­ся за это же время пара. Те­перь три фазы  — лед, вода и пар  — будут в со­сто­я­нии рав­но­ве­сия. Эта точка и есть трой­ная.

Кри­вые на ри­сун­ке  — это линии тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го (теп­ло­во­го) рав­но­ве­сия между льдом и паром (кри­вая «в»), льдом и водой (кри­вая «а»), водой и паром (кри­вая «б»). Три кри­вые пе­ре­се­ка­ют­ся в трой­ной точке

и делят диа­грам­му на три об­ла­сти: «лед», «вода» и «во­дя­ной пар».

Диа­грам­ма су­ще­ство­ва­ния фаз поз­во­ля­ет сразу же от­ве­тить на во­прос, что про­изой­дет с ве­ще­ством при на­гре­ва­нии или сжа­тии.

Эф­фект «пар­ни­ка» из­ве­стен всем, имев­шим дело с этим не­за­мыс­ло­ва­тым ого­род­ным со­ору­же­ни­ем. В ат­мо­сфе­ре он вы­гля­дит так. Часть из­лу­че­ния Солн­ца, не от­ра­зив­ша­я­ся от об­ла­ков, про­хо­дит через ат­мо­сфе­ру, иг­ра­ю­щую роль стек­ла или плен­ки, и на­гре­ва­ет зем­ную по­верх­ность. На­гре­тая по­верх­ность осты­ва­ет, ис­пус­кая теп­ло­вое из­лу­че­ние, но это уже дру­гое из­лу­че­ние  — ин­фра­крас­ное. Сред­няя длина волны та­ко­го из­лу­че­ния зна­чи­тель­но боль­ше, чем при­хо­дя­ще­го от Солн­ца, и по­то­му ат­мо­сфе­ра, почти про­зрач­ная для ви­ди­мо­го света, про­пус­ка­ет ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние зна­чи­тель­но хуже.

Пары воды по­гло­ща­ют около 62% ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния, что спо­соб­ству­ет на­гре­ву ниж­них слоев ат­мо­сфе­ры. За во­дя­ным паром в спис­ке пар­ни­ко­вых газов сле­ду­ет уг­ле­кис­лый газ (), по­гло­ща­ю­щий в про­зрач­ном воз­ду­хе 22% ин­фра­крас­но­го из­лу­че­ния Земли.

Ат­мо­сфе­ра по­гло­ща­ет вос­хо­дя­щий от по­верх­но­сти пла­не­ты поток длин­но­вол­но­во­го из­лу­че­ния, на­гре­ва­ет­ся и, в свою оче­редь, на­гре­ва­ет по­верх­ность Земли. Мак­си­мум в спек­тре из­лу­че­ния Солн­ца при­хо­дит­ся на длину волны около 550 нм. Мак­си­мум в спек­тре из­лу­че­ния Земли при­хо­дит­ся на длину волны при­мер­но 10 мкм. Роль пар­ни­ко­во­го эф­фек­та ил­лю­стри­ру­ет ри­су­нок.

На участ­ке спек­тра от 10 до 20 мкм на­хо­дят­ся по­ло­сы по­гло­ще­ния мо­ле­кул , , , . Эти газы и по­гло­ща­ют из­лу­че­ние, при­хо­дя­щее с по­верх­но­сти Земли.

Огром­ное ко­ли­че­ство за­гряз­ня­ю­щих ве­ществ по­па­да­ет в окру­жа­ю­щую среду в ре­зуль­та­те тех­но­ген­ных ава­рий и сбоев в си­сте­мах тех­ни­че­ско­го обес­пе­че­ния. Сотни тысяч ав­то­мо­би­лей, кур­си­ру­ю­щих в боль­ших го­ро­дах, вы­бра­сы­ва­ют в воз­дух тонны уг­ле­во­до­ро­дов и дру­гих ве­ществ, ко­то­рые раз­ла­га­ют­ся под дей­стви­ем уль­тра­фи­о­ле­то­вых лучей и об­ра­зу­ют ядо­ви­тые ту­ма­ны.

От­дель­ная про­бле­ма  — за­гряз­не­ние по­верх­ност­ных и под­зем­ных ис­точ­ни­ков воды. В про­мыш­лен­но раз­ви­тых стра­нах наи­бо­лее часто в воде ре­ги­стри­ру­ет­ся по­вы­шен­ное со­дер­жа­ние же­ле­за, фтора, мар­ган­ца, хло­ри­дов и др. Смыв с сель­ско­хо­зяй­ствен­ных полей азот­ных удоб­ре­ний зна­чи­тель­но по­вы­ша­ет со­дер­жа­ние в воде от­но­си­тель­но без­вред­ных нит­ра­тов, ко­то­рые, од­на­ко, могут пре­вра­щать­ся в опас­ные нит­ри­ты. Попав в кровь, нит­ри­ты со­еди­ня­ют­ся с ге­мо­гло­би­ном и резко умень­ша­ют спо­соб­ность крови вы­пол­нять свою глав­ную функ­цию.

Опас­ные для здо­ро­вья ве­ще­ства с грун­то­вы­ми во­да­ми могут по­па­дать в мест­ные ис­точ­ни­ки пи­тье­во­го во­до­снаб­же­ния. Опа­сен также пе­ре­ход за­гряз­ня­ю­щих ве­ществ из почвы в про­дук­ты пи­та­ния. Ин­тен­сив­ное ис­поль­зо­ва­ние ядо­хи­ми­ка­тов в сель­ском хо­зяй­стве при­во­дит к на­коп­ле­нию пе­сти­ци­дов в поч­вах. В таких рай­о­нах чаще, чем в дру­гих, рож­да­ют­ся дети, стра­да­ю­щие тя­же­лы­ми за­бо­ле­ва­ни­я­ми, выше за­бо­ле­ва­е­мость среди на­се­ле­ния.

ри­су­нок 1

По своим фи­зи­че­ским свой­ствам и мо­ле­ку­ляр­ной струк­ту­ре твер­дые тела раз­де­ля­ют­ся на два клас­са  — аморф­ные и кри­стал­ли­че­ские.

В кри­стал­ли­че­ских телах ча­сти­цы рас­по­ла­га­ют­ся в стро­гом по­ряд­ке, об­ра­зуя про­стран­ствен­ные пе­ри­о­ди­че­ски по­вто­ря­ю­щи­е­ся струк­ту­ры во всем объ­е­ме тела (ри­су­нок 1).

Фи­зи­че­ские свой­ства кри­стал­ли­че­ских тел не­оди­на­ко­вы в раз­лич­ных на­прав­ле­ни­ях (это свой­ство кри­стал­лов на­зы­ва­ет­ся ани­зо­троп­но­стью), но сов­па­да­ют, если на­прав­ле­ния па­рал­лель­ны. Ани­зо­тро­пия ме­ха­ни­че­ских, теп­ло­вых, элек­три­че­ских и оп­ти­че­ских свойств кри­стал­лов объ­яс­ня­ет­ся тем, что при упо­ря­до­чен­ном рас­по­ло­же­нии ато­мов, мо­ле­кул или ионов силы вза­и­мо­дей­ствия между ними и меж­атом­ные рас­сто­я­ния ока­зы­ва­ют­ся не­оди­на­ко­вы­ми по раз­лич­ным на­прав­ле­ни­ям.

ри­су­нок 2

Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность аморф­ных тел  — их изо­троп­ность, т. е. не­за­ви­си­мость всех фи­зи­че­ских свойств от на­прав­ле­ния. Мо­ле­ку­лы и атомы в изо­троп­ных твер­дых телах рас­по­ла­га­ют­ся ха­о­тич­но (см. ри­су­нок 2).

По своей струк­ту­ре аморф­ные тела очень близ­ки к жид­ко­стям. При­ме­ра­ми аморф­ных тел могут слу­жить стек­ло, раз­лич­ные за­твер­дев­шие смолы (ян­тарь), пла­сти­ки и т. д. У аморф­ных тел нет опре­де­лен­ной тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния. Если аморф­ное тело на­гре­вать, то оно по­сте­пен­но раз­мяг­ча­ет­ся, и пе­ре­ход в жид­кое со­сто­я­ние за­ни­ма­ет зна­чи­тель­ный ин­тер­вал тем­пе­ра­тур.

Со­глас­но усло­ви­ям пла­ва­ния тело тонет в жид­ко­сти, если сред­няя плот­ность этого тела боль­ше плот­но­сти жид­ко­сти. Так, ме­тал­ли­че­ская скреп­ка долж­на уто­нуть в воде (плот­ность ме­тал­ла боль­ше плот­но­сти воды). Од­на­ко если скреп­ку осто­рож­но по­ме­стить на вод­ную по­верх­ность (см. ри­су­нок), то она не тонет. По­верх­ность воды ра­бо­та­ет как некая упру­гая плен­ка.

Объ­яс­ня­ет­ся этот опыт сле­ду­ю­щим об­ра­зом. Мо­ле­ку­лы воды на глу­би­не окру­же­ны со­сед­ни­ми мо­ле­ку­ла­ми со всех сто­рон. На по­верх­но­сти же мо­ле­ку­лы воды при­тя­ги­ва­ют­ся к со­сед­ним толь­ко сбоку и снизу.

В ре­зуль­та­те воз­ни­ка­ют силы, за­став­ля­ю­щие по­верх­ность воды сжи­мать­ся. Имен­но по­верх­ност­ное на­тя­же­ние слу­жит при­чи­ной об­ра­зо­ва­ния ка­пель почти сфе­ри­че­ской формы, по­сколь­ку наи­мень­шую пло­щадь по­верх­но­сти при не­из­мен­ном объ­е­ме имеет шар.

По­верх­ност­ное на­тя­же­ние в жид­ко­сти ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния (сила по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния про­пор­ци­о­наль­на ко­эф­фи­ци­ен­ту по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния). Ко­эф­фи­ци­ент за­ви­сит от при­ро­ды жид­ко­сти, а также от ее тем­пе­ра­ту­ры.

Зна­че­ния ко­эф­фи­ци­ен­та по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния для не­ко­то­рых жид­ко­стей пред­став­ле­ны в таб­ли­це.

Жид­кость	Тем­пе­ра­ту­ра,	Ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния, мН/м
Вода	0	76
	20	73
	50	68
	100	59
Ке­ро­син	0	29
	20	24
Мыль­ный рас­твор	20	40
Ртуть	20	472

Ки­пе­ни­ем на­зы­ва­ет­ся про­цесс об­ра­зо­ва­ния боль­шо­го ко­ли­че­ства пу­зырь­ков пара, всплы­ва­ю­щих и ло­па­ю­щих­ся на по­верх­но­сти жид­ко­сти при ее на­гре­ва­нии. На самом деле мик­ро­ско­пи­че­ские пу­зырь­ки при­сут­ству­ют в при­род­ной воде все­гда, но толь­ко при ки­пе­нии их раз­ме­ры рас­тут, и пу­зырь­ки ста­но­вят­ся за­мет­ны. Одна из при­чин того, что в жид­ко­сти все­гда есть мик­ро­пу­зырь­ки, сле­ду­ю­щая. Жид­кость, когда ее на­ли­ва­ют в сосуд, вы­тес­ня­ет от­ту­да воз­дух, но пол­но­стью этого сде­лать не может, и его ма­лень­кие пу­зырь­ки оста­ют­ся в мик­ро­тре­щи­нах и не­ров­но­стях внут­рен­ней по­верх­но­сти со­су­да. Кроме того, в воде обыч­но со­дер­жат­ся мик­ро­пу­зырь­ки пара и воз­ду­ха, при­лип­шие к мель­чай­шим ча­сти­цам пыли.

Жид­кость, очи­щен­ная от мик­ро­пу­зырь­ков, может су­ще­ство­вать при тем­пе­ра­ту­ре, пре­вы­ша­ю­щей тем­пе­ра­ту­ру ки­пе­ния. Такая жид­кость на­зы­ва­ет­ся пе­ре­гре­той. Пе­ре­гре­тая жид­кость на­хо­дит­ся в не­устой­чи­вом со­сто­я­нии, и про­цесс за­ки­па­ния в ней может раз­ви­вать­ся взры­во­об­раз­но, если в жид­кость по­па­да­ют ча­сти­цы, ко­то­рые могут слу­жить цен­тра­ми па­ро­об­ра­зо­ва­ния. На­при­мер, если через пе­ре­гре­тую жид­кость про­ле­та­ет за­ря­жен­ная ча­сти­ца, то об­ра­зу­ю­щи­е­ся вдоль ее тра­ек­то­рии ионы ста­но­вят­ся цен­тра­ми па­ро­об­ра­зо­ва­ния. На ос­но­ве этого эф­фек­та, от­кры­то­го Д. Гле­зе­ром, в 1953 г. была со­зда­на пу­зырь­ко­вая ка­ме­ра  — при­бор для ре­ги­стра­ции эле­мен­тар­ных ча­стиц.

Ме­тал­лы пред­став­ля­ют собой по­ли­кри­стал­ли­че­ские тела, со­сто­я­щие из боль­шо­го числа мел­ких (10⁻¹–10⁻⁵ см) ха­о­тич­но ори­ен­ти­ро­ван­ных по от­но­ше­нию друг к другу кри­стал­лов.

Мно­гие ме­тал­лы (в том числе же­ле­зо) в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры могут су­ще­ство­вать в раз­ных кри­стал­ли­че­ских фор­мах или, как их на­зы­ва­ют, в раз­ных по­ли­морф­ных мо­ди­фи­ка­ци­ях. В ре­зуль­та­те по­ли­морф­но­го пре­вра­ще­ния атомы кри­стал­ли­че­ско­го тела, име­ю­ще­го ре­шет­ку од­но­го типа, пе­ре­стра­и­ва­ют­ся таким об­ра­зом, что об­ра­зу­ет­ся кри­стал­ли­че­ская ре­шет­ка дру­го­го типа (см. ри­су­нок).

По­ли­морф­ное пре­вра­ще­ние  — об­ра­ти­мый про­цесс; он про­ис­хо­дит как при на­гре­ве, так и при охла­жде­нии твер­до­го тела. Вновь об­ра­зу­ю­щи­е­ся по­ли­морф­ные мо­ди­фи­ка­ции  — след­ствие воз­ник­но­ве­ния цен­тров кри­стал­ли­за­ции и роста кри­стал­лов, по­доб­но кри­стал­ли­за­ции из жид­ко­го со­сто­я­ния.

Пре­вра­ще­ние одной по­ли­морф­ной формы в дру­гую при на­гре­ве чи­сто­го ме­тал­ла со­про­вож­да­ет­ся по­гло­ще­ни­ем тепла и про­ис­хо­дит при по­сто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ре (ана­ло­гич­но про­цес­су плав­ле­ния). В про­цес­се охла­жде­ния про­ис­хо­дит вы­де­ле­ние тепла при той же тем­пе­ра­ту­ре, что и во время на­гре­ва. Тем­пе­ра­ту­ра, при ко­то­рой про­ис­хо­дит пе­ре­ход из од­но­го типа кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки в дру­гой, носит на­зва­ние тем­пе­ра­ту­ры по­ли­морф­но­го пре­вра­ще­ния.

Так как по­ли­морф­ные мо­ди­фи­ка­ции ве­ще­ства от­ли­ча­ют­ся внут­рен­ней струк­ту­рой, то свой­ства их раз­лич­ны.

Можно со­здать усло­вия, при ко­то­рых пар, жид­кость и твер­дое со­сто­я­ние од­но­го ве­ще­ства по­пар­но со­су­ще­ству­ют, на­хо­дясь в рав­но­ве­сии. Могут ли на­хо­дить­ся в рав­но­ве­сии сразу все три аг­ре­гат­ных со­сто­я­ния? Такая точка на диа­грам­ме «дав­ле­ние  — тем­пе­ра­ту­ра» (см. ри­су­нок) су­ще­ству­ет. Ее на­зы­ва­ют трой­ной точ­кой.

Если по­ме­стить в за­кры­тый сосуд, в ко­то­ром со­здан ва­ку­ум и под­дер­жи­ва­ет­ся тем­пе­ра­ту­ра  воду с пла­ва­ю­щим льдом, то в сво­бод­ное про­стран­ство нач­нут по­сту­пать во­дя­ные (и «ле­дя­ные») пары.

При дав­ле­нии 4,6 мм рт. ст. на­сту­пит со­сто­я­ние ди­на­ми­че­ско­го рав­но­ве­сия, когда ко­ли­че­ство ис­па­рив­ших­ся воды и льда равно ко­ли­че­ству скон­ден­си­ро­вав­ше­го­ся за это же время пара. Те­перь три фазы  — лед, вода и пар  — будут в со­сто­я­нии рав­но­ве­сия. Эта точка и есть трой­ная.

Кри­вые на ри­сун­ке  — это линии тер­мо­ди­на­ми­че­ско­го (теп­ло­во­го) рав­но­ве­сия между льдом и паром (кри­вая «в»), льдом и водой (кри­вая «а»), водой и паром (кри­вая «б»). Три кри­вые пе­ре­се­ка­ют­ся в трой­ной точке

и делят диа­грам­му на три об­ла­сти: «лед», «вода» и «во­дя­ной пар».

Диа­грам­ма су­ще­ство­ва­ния фаз поз­во­ля­ет сразу же от­ве­тить на во­прос, что про­изой­дет с ве­ще­ством при на­гре­ва­нии или сжа­тии.

В 1920 г. Отто Штерн про­вел опыты по ис­сле­до­ва­нию сред­ней ско­ро­сти дви­же­ния мо­ле­кул. Устрой­ство при­бо­ра Штер­на схе­ма­тич­но пред­став­ле­но на ри­сун­ке.

При­бор со­сто­ял из двух рас­по­ло­жен­ных вер­ти­каль­но ци­лин­дров ра­ди­у­сом r и R, из про­стран­ства внут­ри ко­то­рых не­пре­рыв­но от­ка­чи­вал­ся воз­дух до очень низ­ко­го дав­ле­ния. По общей оси 1 ци­лин­дров рас­по­ла­га­лась пла­ти­но­вая нить, по­кры­тая тон­ким слоем се­реб­ра. При про­пус­ка­нии по пла­ти­но­вой нити элек­три­че­ско­го тока она на­гре­ва­лась до вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры. Се­реб­ро на­чи­на­ло ис­па­рять­ся, и его атомы раз­ле­та­лись, рав­но­мер­но осе­дая на внут­рен­ней по­верх­но­сти ма­ло­го ци­лин­дра. Щель 2 в стен­ке ма­ло­го ци­лин­дра вы­де­ля­ла узкий пучок мо­ле­кул, ко­то­рые до­ле­та­ли до внут­рен­ней по­верх­но­сти боль­шо­го ци­лин­дра и «при­ли­па­ли» к ней, об­ра­зуя налет се­реб­ра в виде узкой вер­ти­каль­ной по­лос­ки N.

Если весь при­бор при­во­дил­ся в быст­рое вра­ще­ние с уг­ло­вой ско­ро­стью ω, то налет се­реб­ра сме­щал­ся и давал более раз­мы­тую по­лос­ку M ши­ри­ной х.

Длина r дуги МN равна пути, про­хо­ди­мо­му точ­ка­ми боль­шо­го ци­лин­дра за время t по­ле­та мо­ле­ку­лы от щели до стен­ки боль­шо­го ци­лин­дра. Если обо­зна­чить через u ско­рость дви­же­ния точек боль­шо­го ци­лин­дра, то по­лу­чит­ся урав­не­ние, из ко­то­ро­го можно опре­де­лить ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул υ:

Со­глас­но усло­ви­ям пла­ва­ния тело тонет в жид­ко­сти, если сред­няя плот­ность этого тела боль­ше плот­но­сти жид­ко­сти. Так, ме­тал­ли­че­ская скреп­ка долж­на уто­нуть в воде (плот­ность ме­тал­ла боль­ше плот­но­сти воды). Од­на­ко если скреп­ку осто­рож­но по­ме­стить на вод­ную по­верх­ность (см. ри­су­нок), то она не тонет. По­верх­ность воды ра­бо­та­ет как некая упру­гая плен­ка.

Объ­яс­ня­ет­ся этот опыт сле­ду­ю­щим об­ра­зом. Мо­ле­ку­лы воды на глу­би­не окру­же­ны со­сед­ни­ми мо­ле­ку­ла­ми со всех сто­рон. На по­верх­но­сти же мо­ле­ку­лы воды при­тя­ги­ва­ют­ся к со­сед­ним толь­ко сбоку и снизу.

В ре­зуль­та­те воз­ни­ка­ют силы, за­став­ля­ю­щие по­верх­ность воды сжи­мать­ся. Имен­но по­верх­ност­ное на­тя­же­ние слу­жит при­чи­ной об­ра­зо­ва­ния ка­пель почти сфе­ри­че­ской формы, по­сколь­ку наи­мень­шую пло­щадь по­верх­но­сти при не­из­мен­ном объ­е­ме имеет шар.

По­верх­ност­ное на­тя­же­ние в жид­ко­сти ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ко­эф­фи­ци­ен­том по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния (сила по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния про­пор­ци­о­наль­на ко­эф­фи­ци­ен­ту по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния). Ко­эф­фи­ци­ент за­ви­сит от при­ро­ды жид­ко­сти, а также от ее тем­пе­ра­ту­ры.

Зна­че­ния ко­эф­фи­ци­ен­та по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния для не­ко­то­рых жид­ко­стей пред­став­ле­ны в таб­ли­це.

Жид­кость	Тем­пе­ра­ту­ра,	Ко­эф­фи­ци­ент по­верх­ност­но­го на­тя­же­ния, мН/м
Вода	0	76
	20	73
	50	68
	100	59
Ке­ро­син	0	29
	20	24
Мыль­ный рас­твор	20	40
Ртуть	20	472

Гей­зе­ры (го­ря­чие ис­точ­ни­ки, пе­ри­о­ди­че­ски вы­бра­сы­ва­ю­щие фон­та­ны го­ря­чей воды и пара) рас­по­ла­га­ют­ся вб­ли­зи дей­ству­ю­щих или не­дав­но уснув­ших вул­ка­нов. Для из­вер­же­ния гей­зе­ров не­об­хо­ди­ма теп­ло­та, по­сту­па­ю­щая от вул­ка­нов.

Чтобы по­нять фи­зи­ку гей­зе­ров, вспом­ним, что тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды за­ви­сит от дав­ле­ния (см. ри­су­нок).

Пред­ста­вим себе 20-⁠мет­ро­вую гей­зер­ную труб­ку, на­пол­нен­ную го­ря­чей водой. По мере уве­ли­че­ния глу­би­ны тем­пе­ра­ту­ра воды рас­тет. Од­но­вре­мен­но воз­рас­та­ет и дав­ле­ние: оно скла­ды­ва­ет­ся из ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния и дав­ле­ния стол­ба воды в труб­ке. При этом везде по длине труб­ки тем­пе­ра­ту­ра воды ока­зы­ва­ет­ся не­сколь­ко ниже тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, со­от­вет­ству­ю­щей дав­ле­нию на той или иной глу­би­не.

Те­перь пред­по­ло­жим, что по од­но­му из бо­ко­вых про­то­ков в труб­ку по­сту­пи­ла пор­ция пара. Пар вошел в труб­ку и под­нял воду до не­ко­то­ро­го но­во­го уров­ня, а часть ее вы­ли­лась из труб­ки в бас­сейн. При этом тем­пе­ра­ту­ра под­ня­той воды может ока­зать­ся выше тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния при новом дав­ле­нии, и тогда вода не­мед­лен­но за­ки­па­ет. При ки­пе­нии об­ра­зу­ет­ся пар, ко­то­рый еще выше под­ни­ма­ет воду, за­став­ляя ее вы­ли­вать­ся в бас­сейн.

Со­глас­но су­ще­ству­ю­щим оцен­кам в XX в. в сред­нем тем­пе­ра­ту­ра воз­ду­ха у по­верх­но­сти Земли по­вы­си­лась за 100 лет на  С уве­ли­че­ни­ем сред­ней гло­баль­ной тем­пе­ра­ту­ры при­зем­но­го слоя воз­ду­ха свя­зы­ва­ют рост экс­тре­маль­ных кли­ма­ти­че­ских яв­ле­ний: не­обыч­ный раз­мах ко­ле­ба­ний тем­пе­ра­ту­ры, уве­ли­че­ние ча­сто­ты штор­мов, не­обы­чай­ные и вне­се­зон­ные осад­ки и др.

В на­сто­я­щее время оста­ет­ся от­кры­тым во­прос, какой вклад в этот про­цесс внес­ла хо­зяй­ствен­ная де­я­тель­ность че­ло­ве­ка, а какой можно объ­яс­нить есте­ствен­ны­ми кли­ма­ти­че­ски­ми из­ме­не­ни­я­ми.

Ряд уче­ных объ­яс­ня­ют по­теп­ле­ние ро­стом кон­цен­тра­ции пар­ни­ко­вых газов: уг­ле­кис­ло­го газа, ме­та­на, хлорфто­руг­ле­ро­дов, ок­си­дов азота. Пар­ни­ко­вый эф­фект ра­бо­та­ет сле­ду­ю­щим об­ра­зом. Часть све­то­во­го из­лу­че­ния Солн­ца, про­шед­шая через ат­мо­сфе­ру, на­гре­ва­ет зем­ную по­верх­ность. На­гре­тая по­верх­ность осты­ва­ет, ис­пус­кая теп­ло­вое из­лу­че­ние, но это уже дру­гое из­лу­че­ние  — ин­фра­крас­ное. Ат­мо­сфе­ра, почти про­зрач­ная для ви­ди­мо­го света, про­пус­ка­ет ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние зна­чи­тель­но хуже. Пар­ни­ко­вые газы по­гло­ща­ют ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние, что спо­соб­ству­ет на­гре­ву ниж­них слоев ат­мо­сфе­ры.

Тем­пе­ра­ту­ра у по­верх­но­сти Земли за­ви­сит не толь­ко от пар­ни­ко­вых газов. В первую оче­редь она опре­де­ля­ет­ся от­ра­жа­тель­ной спо­соб­но­стью пла­не­ты  — аль­бе­до (от­но­ше­ни­ем от­ра­жен­но­го пла­не­той по­то­ка из­лу­че­ния к па­да­ю­ще­му на нее по­то­ку). Аль­бе­до за­ви­сит от мно­гих фак­то­ров: на­ли­чия и со­сто­я­ния об­лач­но­сти, из­ме­не­ния лед­ни­ков, вре­ме­ни года и, со­от­вет­ствен­но, осад­ков.

Про­зрач­ность ниж­них слоев зем­ной ат­мо­сфе­ры для сол­неч­ных лучей за­ви­сит также от по­жа­ров. Из-за них в ат­мо­сфе­ру под­ни­ма­ют­ся пыль и сажа, ко­то­рые плот­ным экра­ном за­кры­ва­ют Землю.

При со­при­кос­но­ве­нии жид­ко­сти с по­верх­но­стью твер­до­го тела или дру­гой жид­ко­сти воз­ни­ка­ет яв­ле­ние сма­чи­ва­ния. Если из пи­пет­ки кап­нуть воду на раз­лич­ные по­верх­но­сти, то можно на­блю­дать, как вода рас­те­ка­ет­ся по чи­сто­му стек­лу или де­ре­ву, но со­би­ра­ет­ся в капли на па­ра­фи­не или «жир­ной» по­верх­но­сти.

Сте­пень сма­чи­ва­ния ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния (θ), об­ра­зо­ван­но­го по­верх­но­стью твер­до­го тела с ка­са­тель­ной, про­ве­ден­ной к по­верх­но­сти жид­ко­сти из точки ее со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью (ри­су­нок 1).

Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла мень­ше или равна 90° (угол ост­рый), то про­ис­хо­дит сма­чи­ва­ние жид­ко­стью твер­дой по­верх­но­сти. Если ве­ли­чи­на кра­е­во­го угла боль­ше 90° (угол тупой), то твер­дая по­верх­ность не сма­чи­ва­ет­ся жид­ко­стью.

Из-за сма­чи­ва­ния на­блю­да­ет­ся ис­крив­ле­ние сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти в со­су­дах по линии со­при­кос­но­ве­ния с по­верх­но­стью со­су­да (ри­су­нок 2).

Зна­че­ния кра­е­во­го угла сма­чи­ва­ния θ для не­ко­то­рых со­че­та­ний «жид­кость  — твер­дое ве­ще­ство» при­ве­де­ны в таб­ли­це.

В 1807 г. физик Ж. Гей-Люс­сак, изу­чав­ший свой­ства газов, по­ста­вил про­стой опыт. Давно было из­вест­но, что сжа­тый газ, рас­ши­ря­ясь, охла­жда­ет­ся. Гей-Люс­сак за­ста­вил газ рас­ши­рять­ся в пу­сто­ту  — в сосуд, воз­дух из ко­то­ро­го был пред­ва­ри­тель­но от­ка­чан. К его удив­ле­нию, ни­ка­ко­го по­ни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры не про­изо­шло, тем­пе­ра­ту­ра газа не из­ме­ни­лась. Ис­сле­до­ва­тель не мог объ­яс­нить ре­зуль­тат: по­че­му один и тот же газ, оди­на­ко­во сжа­тый, рас­ши­ря­ясь, охла­жда­ет­ся, если его вы­пус­кать прямо в ат­мо­сфе­ру, и не охла­жда­ет­ся, если его вы­пус­кать в пу­стой сосуд, где дав­ле­ние равно нулю?

Объ­яс­нить опыт уда­лось не­мец­ко­му врачу Ро­бер­ту Май­е­ру. У Май­е­ра воз­ник­ла мысль, что ра­бо­та и ко­ли­че­ство теп­ло­ты могут пре­вра­щать­ся друг в друга. Эта за­ме­ча­тель­ная идея сразу дала воз­мож­ность Май­е­ру сде­лать ясным за­га­доч­ный ре­зуль­тат опыта Гей-Люс­са­ка: если ко­ли­че­ство теп­ло­ты и ра­бо­та вза­им­но пре­вра­ща­ют­ся, то при рас­ши­ре­нии газа в пу­сто­ту, когда он не со­вер­ша­ет ни­ка­кой ра­бо­ты, так как нет ни­ка­кой силы (дав­ле­ния), про­ти­во­дей­ству­ю­щей уве­ли­че­нию его объ­е­ма, газ и не дол­жен охла­ждать­ся. Если же при рас­ши­ре­нии газа ему при­хо­дит­ся со­вер­шать ра­бо­ту про­тив внеш­не­го дав­ле­ния, его тем­пе­ра­ту­ра долж­на по­ни­жать­ся.

Идея Май­е­ра была много раз под­твер­жде­на пря­мы­ми из­ме­ре­ни­я­ми. Осо­бое зна­че­ние имели опыты Джо­у­ля, ко­то­рый из­ме­рял ко­ли­че­ство теп­ло­ты, не­об­хо­ди­мое для на­гре­ва­ния жид­ко­сти вра­ща­ю­щей­ся в ней ме­шал­кой (см. рис.). Од­но­вре­мен­но из­ме­ря­лись и ра­бо­та, за­тра­чен­ная на вра­ще­ние ме­шал­ки, и ко­ли­че­ство теп­ло­ты, по­лу­чен­ное жид­ко­стью. Как ни ме­ня­лись усло­вия опыта (бра­лись раз­ные жид­ко­сти, раз­ные со­су­ды и ме­шал­ки), ре­зуль­тат был один и тот же: все­гда ра­бо­та, со­вер­шен­ная при па­де­нии груза, в пре­де­лах точ­но­сти экс­пе­ри­мен­та рав­ня­лась ко­ли­че­ству теп­ло­ты, вы­де­лив­ше­му­ся в жид­ко­сти.

Ис­то­рия наших зна­ний о Мер­ку­рии ухо­дит кор­ня­ми в глу­бо­кую древ­ность, это одна из пер­вых пла­нет, из­вест­ных че­ло­ве­че­ству. Мер­ку­рий на­блю­да­ли еще в древ­нем Шу­ме­ре, одной из пер­вых раз­ви­тых ци­ви­ли­за­ций на Земле. Древ­ние рим­ля­не на­зва­ли пла­не­ту в честь бога Мер­ку­рия (в гре­че­ском ва­ри­ан­те Гер­ме­са), по­кро­ви­те­ля тор­гов­ли, ре­ме­сел, а также по­слан­ца дру­гих олим­пий­ских богов.

С чем свя­за­на такая ас­со­ци­а­ция? Год на пла­не­те длит­ся всего 88 дней, Мер­ку­рий  — самая быст­рая пла­не­та.

Мер­ку­рий  — это бли­жай­шая к Солн­цу и самая ма­лень­кая пла­не­та Сол­неч­ной си­сте­мы. При про­ле­те мимо Мер­ку­рия кос­ми­че­ско­го ап­па­ра­та «Ма­ри­нер–10», за­пу­щен­но­го в 1973 г., было уста­нов­ле­но на­ли­чие у пла­не­ты пре­дель­но раз­ре­жен­ной ат­мо­сфе­ры, дав­ле­ние ко­то­рой в  раз мень­ше дав­ле­ния зем­ной ат­мо­сфе­ры. В таких усло­ви­ях атомы чаще стал­ки­ва­ют­ся с по­верх­но­стью пла­не­ты, чем друг с дру­гом. Ат­мо­сфе­ру со­став­ля­ют за­хва­чен­ные из сол­неч­но­го ветра или вы­би­тые сол­неч­ным вет­ром с по­верх­но­сти атомы гелия, на­трия, кис­ло­ро­да, калия, ар­го­на, во­до­ро­да. Име­ю­щей­ся у Мер­ку­рия гра­ви­та­ции не­до­ста­точ­но для под­дер­жа­ния плот­ной ат­мо­сфе­ры.

Гей­зе­ры (го­ря­чие ис­точ­ни­ки, пе­ри­о­ди­че­ски вы­бра­сы­ва­ю­щие фон­та­ны го­ря­чей воды и пара) рас­по­ла­га­ют­ся вб­ли­зи дей­ству­ю­щих или не­дав­но уснув­ших вул­ка­нов. Для из­вер­же­ния гей­зе­ров не­об­хо­ди­ма теп­ло­та, по­сту­па­ю­щая от вул­ка­нов.

Чтобы по­нять фи­зи­ку гей­зе­ров, вспом­ним, что тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды за­ви­сит от дав­ле­ния (см. ри­су­нок).

Пред­ста­вим себе 20-⁠мет­ро­вую гей­зер­ную труб­ку, на­пол­нен­ную го­ря­чей водой. По мере уве­ли­че­ния глу­би­ны тем­пе­ра­ту­ра воды рас­тет. Од­но­вре­мен­но воз­рас­та­ет и дав­ле­ние: оно скла­ды­ва­ет­ся из ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния и дав­ле­ния стол­ба воды в труб­ке. При этом везде по длине труб­ки тем­пе­ра­ту­ра воды ока­зы­ва­ет­ся не­сколь­ко ниже тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния, со­от­вет­ству­ю­щей дав­ле­нию на той или иной глу­би­не.

Те­перь пред­по­ло­жим, что по од­но­му из бо­ко­вых про­то­ков в труб­ку по­сту­пи­ла пор­ция пара. Пар вошел в труб­ку и под­нял воду до не­ко­то­ро­го но­во­го уров­ня, а часть ее вы­ли­лась из труб­ки в бас­сейн. При этом тем­пе­ра­ту­ра под­ня­той воды может ока­зать­ся выше тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния при новом дав­ле­нии, и тогда вода не­мед­лен­но за­ки­па­ет. При ки­пе­нии об­ра­зу­ет­ся пар, ко­то­рый еще выше под­ни­ма­ет воду, за­став­ляя ее вы­ли­вать­ся в бас­сейн.